DE499796C - Schaltanordnung fuer die Unterbrechung eines Wechselstromnetzes mittels Elektronenentladungsgefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für die Unterbrechung eines Wechselstromnetzes mittels Elektronenentladungsgefäßen.

Es ist bekannt, für die Stromübertragung und Unterbrechung eines ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzes Dampfgleichrichter mit Hilfsanode, die in die einzelnen Phasenleiter paarweise, und zwar mit entgegengesetzter Durchgangsrichtung, eingeschaltet sind, zu verwenden. Die Stromübertragung übernimmt dann während der einen Halbperiode der eine und während der anderen Halbperiode der andere Gleichrichter.

Durch eine besondere Vorrichtung wird die Hilfserregung zum Erlöschen gebracht, wodurch die Abschaltung des Wechselstromnetzes eintritt. Die Lichtbogen der gerade brennenden Gleichrichter bleiben dann noch

ao so lange bestehen, bis der Strom in der betreffenden Phase durch Null geht. Infolge der mangelnden Hilfserregung kann nunmehr für die folgende Halbperiode des Stromes die zugehörige zweite Röhre nicht zünden.

Die Löschung der einzelnen in das Wechselstromnetz eingeschalteten Gleichrichter erfolgt auf diese Weise selbsttätig immer in der richtigen Reihenfolge. Eine solche Schalteinrichtung mit Gleichrichtern hat, da der Strom nur in seinem Nullwert abgeschaltet werden kann, den Vorteil, daß Überspannungen leicht vermieden werden können. Normalerweise können jedoch dabei nur Gleichrichter für verhältnismäßig geringe Spannungen angewendet werden. In Hochspannungsanlagen, besonders solchen mit sehr hohen Spannungen, werden an Stelle der Gleichrichter zweckmäßigerweise Elektronenröhren verwendet; bei diesen treten die dem Gleichrichter anhaftenden Übelstände nicht auf. So sind selbst bei sehr hohen Spannungen Rückzündungen nicht zu erwarten. Das oben erläuterte Prinzip kann jedoch bei Verwendung von Elektronenröhren, da der Stromdurchgang nicht durch eine Hilfserregung, sondern durch eine Elektronenentladung eingeleitet wird, nicht mehr so ohne weiteres benutzt werden. Gemäß der Erfindung sind nun ebenfalls in jede Phasenleitung zwei Elektronenentladungsröhren mit entgegengesetzter Durchgangsrichtung zwecks Wechselstromübertragung geschaltet. Eine Änderung der Gittervorspannung der einzelnen Röhren kann durch geeignete Verwendung von Schalt- und Steuermitteln nur immer in dem Zeitpunkt erfolgen, in welchem der durch die betreffende Röhre übertragene Strom durch Null geht. Beim Ausschalten des

Wechselstromnetzes treten dann die unerwünschten Überspannungen nicht auf.

An Hand der Zeichnung sollen die weiteren Erfindungsmerkmale näher erläutert werden. Abb. ι zeigt das Schaltschema einer Schaltanordnung und Abb. 2 ein Kurvendiagramm; die Abb. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die mit einer Anode, einer Kathode und einem Gitter versehenen Elektronenröhren 1 und 2 sind in umgekehrter Anordnung zwischen die Leiter 3 und 4 eines Mehrphasenübertragungs- oder -Verteilungsnetzes eingeschaltet, d. h. die Kathode der einen Röhre ist mit der Anode der anderen Röhre verbunden. In der gleichen Art sind auch die Entladungsröhren 5, 6 und 9, 10 untereinander und mit den Leitern 7, 8 bzw. 11, 12 üo verbunden. Die Kathoden der einzelnen Entladungsröhren i, 2, 5, 6, 9 und 10 werden von den Batterien 13 bis 18 gespeist. Die Anoden stehen mit ihren entsprechenden Gittern über Widerstände 19 bis 24 in stromleitender Veras bindung. Bei Stromübertragung von dem einen Teil des Netzes nach dem anderen durch die Entladungsröhren besitzen die Gitter eine positive Vorspannung. Aus der dargestellten Schaltverbindung der Entladungsröhren 1, 2, 5, 6, 9 und 10 geht hervor, daß der zwischen den beiden Teilen des Kraftnetzes übertragene Strom während der einen Halbperiode durch die Entladungsapparate 1, S und 9 und während der anderen Halbperiode durch die Entladungsapparate 2, 6 und 10 fließt.

Um die Stromübertragung zwischen den zwei Teilen des Kraftnetzes unterbrechen oder verhindern zu können, ist es notwendig, daß die Gitter der Entladungsröhren eine Vorspannung erhalten, welche die Stromübertragung durch die Entladungsapparate verhindert. Ferner wird den Gittern erst nach Beginn der Halbperiode, in welcher die Röhre stromlos ist, eine negative Vorspannung erteilt. Für die Erreichung dieses Zweckes sind die Batterien 25 bis 30 und die Schalter 31 bis 36 bestimmt.

Die Steuerung der Erregung für die Schaltspulen der Schalter 31 bis 36 erfolgt durch besondere Steuermittel, die im wesentlichen aus einer über einen Schalter 38 und Transformator 39 mit dem Netz verbundenen Synchronmaschine (Einankerumformer) 37, einer mit dieser verbundenen Kontaktvorrichtung 40, einem Kontaktrelais 41 und einem Handschalter 42 bestehen, durch welchen die Schaltspulen mit dem Kommutator des Umformers 37 verbunden werden. Die für die Erregung der Schalter dienenden Stromkreise führen vom Kommutator über die Leitung 43, die Leitung 44 oder 45, Kontaktglied 46 des Relais 41, Leitung 47 oder 48, Kontaktring 49 oder 50, Rotationssegment 51 oder 52 und über die entsprechenden Kontakte 53 bis 58 zu den Erregerspulen der einzelnen Schalter 31 bis 36. Die Schalter 31 bis 36 sind außer den für die Änderung der Gittervorspannung dienenden Kontaktbrücken noch mit Hilfskontaktbrücken 59 bis 64 versehen, die in der Einschaltstellung der Schalter Haltestromkreise für die Haltespulen über die Leiter 65, 66 und Widerstände 67 und 72 herstellen.

Die Stromspule 73 des Relais 41 ist über einen Stromwandler 74 und die Spannungsspule 75 parallel zu zwei Schleifringen des Umformers 37 mit dem Kraftnetz verbunden. Ein polarisiertes Relais 76 dient für die Erregung der Feldspulen ¹JJ, 78 des Umformers 37, wenn er durch die Induktionsmotorwirkung oder auf andere Weise nahezu die erforderliche Geschwindigkeit erreicht hat und die richtige Polarität der Kommutatorbürsten der Synchronmaschine hergestellt ist.

Bei Schließung des Schalters 38 wird, wenn das Netz unter Spannung steht, die Maschine 37 durch den in den Polschuhen induzierten Strom in Umdrehung versetzt. Das polarisierte Relais 76 spricht dann an und verbindet die Feldwicklungen y¹/ und 78 mit den Kommutatorbürsten, wenn der Motor die nötige Beschleunigung erhalten hat und die Bürsten die richtige Polarität haben. Die Maschine 37 wirkt dann als ein Einankerumformer, der die Motor feld- und die Steuerstromkreise mit Gleichstrom versieht, und als Antriebsmotor für den Antrieb der Kontaktsegmente 51 und 52 der Kontaktvorrichtung 40 in Synchronismus mit der Netzfre- toc quenz. Durch die Einschaltung der Steuereinrichtung mittels des Schalters 38 wird immer die gleiche Beziehung zwischen den Mehrphasenspannungen der Netzleiter und den Stellungen der Kontaktsegmente 51 und 52 der Vorrichtung 40 gesichert. Die Stellung des Kontaktgliedes 46 des Relais 41 wird durch die Richtung der Stromübertragung zwischen den zwei Teilen des Kraftnetzes bestimmt. Im dargestellten Falle soll Energie von den Leitern 4, 8 und 12 nach den Leitern 3, 7 und 11 übertragen werden.

Wenn das Kontaktglied 46 des Relais 41 und der Schalter 38 die in der Abb. 1 darestellte Stellung einnehmen, werden die mit Synchrongeschwindigkeit rotierenden Kontaktsegmente 51 und 52 nacheinander die Kontakte 53 bis 58 berühren. Die Schaltspulen der Schalter 31 bis 36 erhalten aber noch keinen Erregerstrom, da der Erreger-Stromkreis durch den Sehalter 42 noch unterbrochen ist. Bei Bewegung des Schalters 42

nach rechts und bei Drehung der Kontaktsegmente 51 und 52 im Uhrzeigersinn wird das Segment 52 nacheinander die Erregerstromkreise schließen, wodurch die Schalter3i, 34, 35, 32, 33 und 36 der Reihe nach geschlossen werden. Es verlieren dann die Elektronenröhren 1, 6, 9, 2, 5 und 10 in der angeführten Reihenfolge durch Änderung ihrer Gitterspannungen ihre Leitfähigkeit.

Ferner werden die Haltstromkreise der Schalter durch die Hilfskontaktbrücken 59, 62, 63, 60, 61 und 64 geschlossen, wodurch die Schalter 31 bis 36 in der Schließstellung gehalten werden. Durch die Schließung des Handschalters 42 wird also die Unterbrechung des Wechselstromnetzes ohne Strom- und Spannungsschwankungen erreicht.
An Hand des in Abb. 2 dargestellten Kurvendiagrammes soll die Wirkungsweise näher erläutert werden. In Abb. 2 sind die Ströme der Leitungen 3, 7, 11 in den nacheinander folgenden Zeitpunkten durch die Kurven 3', 7' und 11' dargestellt. Die nur einen Moment andauernde Schließbetätigung der Schalter bei einer festgesetzten Beziehung zwischen der Frequenz des Kraftnetzes und der Geschwindigkeit der Kontaktglieder 51 und 52 ermöglicht eine Änderung der Gitter-Vorspannungen der Elektronenröhren in dem erforderlichen Zeitpunkt. Die Röhren sind so angeordnet, daß bei einem negativen Wert der Kurve 3' die Röhre 1 und bei einem positiven Wert die Röhre 2 nichtleitend wird.

Bei den Röhren 5, 6 und 7, 8 tritt die Änderung der Leitfähigkeit der Röhren in ähnlicher Weise ein. Die Röhre 1 ist also während des Intervalles t_x nichtleitend und entsprechend die Entladungsröhren 6, 9, 2, 5 und 10 während der ZatiatervalLe ^₆, £9^2,^5 und έψ Zwecks Ausdehnung- der Zeitintervalle/, während welcher die Haltespulen der Schalter durch die Kontaktvorrichtung 40 mit Strom gespeist werden, können die Kontakte 53 bis 58 langer als in der Zeichnung angegeben gemacht werden. Die Schalter 31 bis 36 sind als Schnellschalter in an sich bekannter Weise ausgeführt.

Um eine Stromübertragung wieder zu ermöglichen, braucht nur der Schalter 42 nach der linken Stellung bewegt zu werden. Die Haltespulen der Schnellschalter 31 bis 36 werden dann nacheinander kurzgeschlossen und aberregt. Die Schnellschalter kehren dann wieder in ihre Ruhelage zurück. Die Stromübertragung durch die Röhren beginnt dann wieder in dem Augenblick unmittelbar, nachdem der Strom in den verschiedenen Phasenleitern des Netzes durch Null gegangen ist. Auf diese Weise werden die verschiedenen Elektronenröhren während bestimmter Zeitintervalle nichtleitend oder leitend, wenn sie keinen Strom übertragen. Der Strom beginnt von dem Null wert an zu fließen, wenn der Kraftstromkreis geschlossen ist.

Da die Umkehrung der Richtung, in welcher der Strom zwischen den zwei Teilen des Kraftnetzes fließt, eine Änderung um i8o° in den Wellenströmen der verschiedenen Leiter erzeugt, ist es notwendig, daß die Elektronenröhren bei einem S tromrichtungswechsel in einem anderen Zeitpunkt nichtleitend werden; hierzu dient das Relais 41. Das Kontaktglied 46 des Relais 41 wird nach rechts bewegt, sobald z. B. Energie von den Leitern 3, 7 und 11 nach den Leitern 4, 8 und 12 übertragen wird. Die Haltespulen der Schnellschalter 31 bis 36 sind dann mit dem Umformer 37 über den Schalter 42, die rechts liegenden Kontakte des Relais 41 und den Kontakt 51 der Kontaktvorrichtung 40 verbunden. Die Elektronenröhren werden dann in der Reihenfolge 2, 5, 10, 1, 6 und 7 nichtleitend.

Die Abb. 3 zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung für die Steuerung der Gittervorspannungen der Elektronenröhren. In dieser Anordnung ist ein Stromwandler 80, der von den Leitern 3 und 4 Strom erhält, über die go Umschaltung 81 und 82 mit den Gitterstromkreisen der Entladungsröhren 1 und 2 verbunden. Zwischen dem Stromtransformator 80 und dem Gitterstromkreis der Röhre 1 bzw. 2 ist je ein Spannungstransformator 83 bzw. 85 und je ein Strombegrenzungswiderstand 84 bzw. 86 geschaltet. Die Umschalter 81, 82 sind mit je einer Spule 87 bzw. 88 versehen, die beide durch die synchron betätigte Kontaktvorrichtung 40 in der bereits beschriebenen Weise erregt werden. Die Spannung des Stromwandlers 80 wird hierbei dazu benutzt, die Leitfähigkeit der betreffenden Elektronenröhren nur dann zu verändern, wenn sie keinen Strom übertragen.

Die Abb. 4 zeigt eine weitere Abänderung der Schaltanordnung. Hierbei werden für die Unterbrechung des Netzes sogenannte Magnetronröhren benutzt. Die Magnetronröhre 90 besteht aus einer mit dem Leiter 3 verbundenen Anode 91, einer mit dem Leiter 4 und einer Heizbatterie 93 verbundenen Kathode 92 und einer Steuerspule 94. Der Schalter 100 bezweckt die Schließung des Stromkreises der Steuerspule 94 und die Schließung eines Haltestromkreises für den Schalter selbst. Die Magnetronröhre 95 besitzt ebenfalls eine Anode 96, Kathode 97 und Steuerspule 99. Die Batterie 98 dient zur Heizung der Kathode 97. Für die Steuerung iao der Magnetronröhre 99 dient ein nicht dargestellter Schalter von gleicher Bauart wie

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der Schalter ioo. Die Entladungsröhren 90 und 95 sind zwischen die Leiter 3 und 4 mit entgegengesetzter Durchgangsrichtung geschaltet. Die Unterbrechung des Wechsel-Stromnetzes erfolgt auch hierbei in gleicher Weise wie bei Abb. 1. Die Anzahl und die Zwischenräume der Kontakte der Vorrichtung 40 hängen von den jeweiligen besonderen Anforderungen des betreffenden Stromkreises ab.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltanordnung für die Unterbrechung eines Wechselstromnetzes mittels Elektronenentladungsgefäßen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Gittervorspannung der in jede Phasenleitung paarweise und mit entgegengesetzter- Durchgangsrichtung geschalteten Elektronenentladungsgefäße durch geeignete Schalt- und Steuermittel nur in Zeiten erfolgt, in denen das betreffende Gefäß stromlos ist.
2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltmittel betätigenden Steuermittel synchron mit der Frequenz des übertragenen Wechselstromes bewegt werden.
3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermittel eine Kontaktvorrichtung dient, die von einer an das Netz angeschlossenen Synchronmaschine angetrieben wird.
4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die nach Betätigung der Schaltmittel diese in ihrer Stellung festhalten.
5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Stromrichtungsrelais der Zeitpunkt der Betätigung der Schaltmittel abhängig von der Richtung der Energieübertragung im Netz bestimmt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen