DE4447441C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung für eine Kommutierungs- und Löscheinrichtung eines Schnellunterbrechers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lichtbogenfreien Abschalten eines Gleichstromes, insbesondere in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung, mit einem Schnellschalter (SU) und einer zu diesem parallelen leistungselektronischen Kommutierungs- und Löscheinrichtung sowie eine Schaltungsanordnung zum lichtbogenfreien Abschalten eines Gleichstromes nach diesem Verfahren.

Es sind Gleichstromschnellschalter bekannt, bei denen der Schaltvorgang an den metallischen Kontakten, insbesondere durch die Lichtbogenlöschung, durch zusätzliche elektronische Ausrüstungen unterstützt wird.

In der DE 43 19 366 A1 ist ein Gleichstromschnellschalter in Hybridtechnik beschrieben, der aus einer Reihenschaltung von Trennschaltern besteht, zwischen denen ein Thyristor angeordnet ist. Zur Betriebs- oder Fehlerabschaltung wird zuerst der Thyristor gelöscht, wodurch der Stromfluß unterbrochen wird und die Trenner können anschließend leistungslos geöffnet werden. Der Nachteil besteht insbesondere darin, daß die Thyristoren während der gesamten Betriebszeit angesteuert werden müssen und ständig vom Betriebsstrom durchflossen werden.

Ein weiterer durch Halbleiter unterstützter ultraschneller Gleichstromschalter wird in DE 36 88 469 T2 beschrieben. Hier sind parallel zum Hauptkontakt zwei Stromkreise bestehend aus Dioden bzw. Thyristoren sowie ein LC-Schwingkreis angeordnet. Bei Überschreiten eines eingestellten Strom-Schwellwertes wird ein Thyristor gezündet und über den LC-Schwingkreis wird ein Gegenstrom erzeugt, so daß der zu schaltende Strom am Hauptkontakt reduziert wird. Die Spule des LC-Schwingkreises ist gleichzeitig Antriebsspule für das Schaltstück des mechanischen Schalters.

Der Nachteil weiterer bekannter Hybridschalter, wie sie in der DE 37 35 009 A1 bzw. in der EP 0 184 566 A1 beschrieben sind, besteht darin, daß der eingesetzte Kondensator sowohl Antriebs- als auch Löschkondensator ist und zudem die Kapazität durch die Brückenschaltung (beide Stromrichtungen für den metallischen Kontakt) kurzgeschlossen ist.

Die Aufgabe besteht darin, eine solche Schaltung zu wählen, daß die Lösch­ kapazität erst dann zugeschaltet wird, wenn eine unmittelbare Kurzschluß­ belastung des Löschkondensators nicht mehr auftritt und zum zweiten die Leistungselektronik auch noch zur Streckenprüfung benutzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren ange­ geben wird, bei dem zum lichtbogenfreien Abschalten eines Gleichstromes in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung unter Verwendung eines Schnellunterbrechers und einer parallel angeordneten leistungselektronischen Lösch- und Kommutierungseinrichtung zeitgleich mit dem Schaltbefehl für den Schnellunterbrecher Zündimpulse für einen Kommutierungsthyristor ausgelöst werden, so daß der Strom von der Schaltstrecke in den Kommutierungszweig kommutiert und erst zu einem späteren Zeitpunkt ein Löschthyristor gezündet wird und die Löschung des Kommutierungsthyristors durch die Entladung des Löschkondensators erfolgt, so daß der Kommutierungsstrom unterbrochen wird und kein Strom mehr von der Sammelschiene zur Strecke oder umgekehrt fließt.

Zur Prüfung der Strecke wird ein Prüfthyristor gezündet, so daß ein Strom zwischen Sammelschiene und Strecke fließen kann, durch einen Stromwandler wird der Strom gemessen, dessen Größe ein Maß für den Zustand der Strecke darstellt. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromwertes wird durch das Zünden des Löschthyristors und die Entladung des Löschkondensators der Prüfthyristor gelöscht und somit der Strom im Kommutierungszweig augenblicklich unterbrochen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einer Kommutierungs- und Lösch­ einrichtung in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung, die parallel zu einem Schnellunterbrecher angeordnet ist, besteht aus einer Grätz- Brücke, in deren Diagonalzweig eine Reihenschaltung bestehend aus einem Kommutierungsthyristor, den Antriebsspulen für den Schnellunterbrecher und einem Antriebskondensator, angeordnet ist, zu welchem der Löschzweig, be­ stehend aus einem Löschkondensator, einem Löschthyristor und einer Ankoppel­ diode, als auch der Prüfthyristor parallel geschaltet ist. Parallel zum Antriebs­ kondensator ist eine Paralleldiode angeordnet und den Antriebsspulen ist eine Freilaufdiode parallelgeschaltet. Zur Begrenzung des inneren Kurzschlußstromes sind im Kommutierungszweig, für jede Stromrichtung je ein Widerstand in Reihe geschaltet. Zur Realisierung von Streckenprüfungen mit einem Prüfwiderstand wird dieser im Kommutierungszweig zwischen der Kathode der Ankoppeldiode und der Anode eines Brückenthyristors angeordnet und im Betriebszustand durch ein Schütz kurzgeschlossen.

Damit bei einer Leerabschaltung die Umladung des Löschkondensators gewähr­ leistet wird, wird die Verbindung zwischen Löschkondensator und der Anode der Ankoppeldiode mit der Bahnerde verbunden.

Um eine galvanische Trennung von Sammelschiene und Strecke zu ermöglichen wird die Kommutierungs- und Löscheinrichtung im stromlosen Zustand von der Schaltstrecke abgetrennt.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung stellt dar:

Kommutierungs- und Löscheinrichtung für einen Schnellunterbrecher mit integriertem Antrieb

Im Betriebszustand, bei geschlossenem Schnellunterbrecher SU fließt ein Strom von der Sammelschiene SS zur Strecke ST oder als Rückstrom in umgekehrter Richtung von der Strecke ST zur Sammelschiene SS. Mit der Auslösung des Befehls zum Öffnen des Schnellunterbrechers SU entlädt sich der Antriebs­ kondensator Ca, so daß die Antriebsspulen den Schnellunterbrecher öffnen. Gleichzeitg wird der Kommutierungsthyristor Thk über eine bestimmte Zeitspanne gezündet. Entsprechend der Stromrichtung kommutiert der Strom beim Öffnen des Kontaktes des Schnellunterbrechers SU über die Trennerkontakte Hs, über die Dioden 1, 3 und den Kommutierungsthyristor Thk von der Sammelschiene SS zur Strecke ST bzw. von der Strecke ST zur Sammelschiene SS über die Dioden 2, 4 und den Kommutierungsthyristor Thk.

Parallel zum Antriebskondensator Ca, der vorzugsweise ein Elektrolytkondensator ist, ist eine Paralleldiode Dp angeordnet, so daß ein noch nicht gelöschter Kommutierungsstrom ausreichend lange fließen kann. Parallel zu den Antriebs­ spulen des Schnellunterbrechers SU ist eine Freilaufdiode Df geschaltet. Nach einer voreingestellten Zeit wird der Löschthyristor Thl gezündet, so daß der Kommutierungsthyristor Thk durch den Löschkondensator Cl über die Ankoppel­ diode Ds gelöscht wird und der Stromfluß von der Sammelschiene SS zur Strecke ST bzw. von der Strecke ST zur Sammelschiene SS zu Null wird. Sollte eine Leerabschaltung vorliegen, so wird der Löschkondensator Cl über die Verbindung mit der Bahnerde BE umgeladen.

Für die Prüfung der Strecke wird der Kommutierungszweig durch das Zünden des Prüfthyristors Thp eingeschaltet. Am Stromwandler W wird der Strom gemessen, dessen Größe ein Maß für den Zustand der Strecke ST darstellt. Sollte ein unzu­ lässig hoher Strom vorliegen, dann wird der Prüfthyristor Thp durch das Zünden des Löschthyristors Thl und die Entladung des Löschkondensators Cl augen­ blicklich abgeschaltet.

Eine Streckenprüfung mit einem herkömmlichen Widerstand läßt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung auch realisieren, indem zwischen den Anschluß­ punkten A und B der Prüfwiderstand Rp angeordnet wird. Der Prüfwiderstand Rp wird im Betriebszustand der Lösch- und Kommutierungseinrichtung durch ein Schütz S überbrückt. Zur Durchführung der Streckenprüfung wird zusätzlich zur Zündung des Kommutierungsthyristors Thk auch noch das Schütz S geöffnet. Diese Schaltungsanordnung wird vorzugsweise dann angewendet, wenn die Streckenprüfung mit einem vorhandenen Prüfwiderstand konventionell durch­ geführt werden soll.

Sollte die Streckenprüfung mehrfach negativ sein und nachdem kein Strom mehr fließt, werden die Trennkontakte Hs eines Hilfstrenners geöffnet, so daß eine galvanische Trennung zwischen Sammelschiene SS und Strecke ST besteht.

Die Kommutierungs- und Löscheinrichtung kann auch direkt auf dem gleichstrom­ betriebenen Fahrzeug angeordnet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum lichtbogenfreien Abschalten eines Gleichstromes, insbesondere in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung, mit einem Schnellschalter (SU) und einer zu diesem parallelen leistungselektronischen Kommutierungs- und Löscheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zeitgleich mit dem Schaltbefehl für den Schnellunterbrecher (SU) Zündimpulse für einen Kommutierungsthyristor (Thk) ausgelöst werden, so daß der Strom in den Kommutierungszweig kommutiert und erst zu einem späteren Zeitpunkt ein Löschthyristor (Thl) gezündet wird, so daß ein Löschkondensator (Cl) über eine Ankoppeldiode (Ds) den Kommutierungsthyristor (Thk) löscht.

2. Schaltungsanordnung zum lichtbogenfreien Abschalten eines Gleichstromes, insbesondere in einem Gleichrichter-Unterwerk zur Bahnstromversorgung, bestehend aus einem Schnellschalter (SU) mit Antriebsspulen und einer zum Schnellschalter (SU) parallelen leistungselektronischen Kommutierungs- und Löscheinrichtung mit Löschkondensator (C1), dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungseinrichtung aus einer Grätz-Brücke aus Dioden (1, 2, 3, 4) besteht, in deren Diagonalzweig ein Kommutierungsthyristor (Thk), ein Antriebskondensator (Ca) mit einer parallel angeordneten Paralleldiode (Dp) und die Antriebsspulen für den Schnellunterbrecher (SU) mit einer parallel angeordneten Freilaufdiode (Df) angeordnet sind, zu dem parallel erstens der Löschzweig, bestehend aus einem Löschkondensator (Cl) einem Löschthyristor (Thl) und einer Ankoppeldiode (Ds), und zweitens ein Prüfthyristor (Thp) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Brückendioden (2, 4) Widerstände (R1, R2), zur Begrenzung der inneren Kurzschlußströme, angeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Diagonalzweig zwischen der Kathode der Ankoppeldiode (Ds) und der Verbindung zwischen den Brückendioden (3, 4) ein Prüfwiderstand (Rp) angeordnet ist, der im Betriebszustand durch ein Schütz (S) kurzgeschlossen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Löschkondensator (Cl) und der Anode der Ankoppeldiode (Ds) mit der Bahnerde (BE) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungs- und Löscheinrichtung über die Kontakte (Hs) eines Hilfstrenners galvanisch mit der Schaltstrecke verbunden ist.