DE537901C

DE537901C - Device for protecting mercury vapor rectifiers in the event of a short circuit in the rectifier direct current network

Info

Publication number: DE537901C
Application number: DEA50456D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1927-03-29
Filing date: 1927-03-29
Publication date: 1931-11-10

Description

Zum Schutz gegen im Gleichstromnetz von Ein- oder Mehrphasengleichrichtern auftretende Kurzschlüsse werden vielfach Schnellschalter verwendet, welche die volle Kurz-Schlußleistung beherrschen müssen und dazu dienen, den Kurzschlußstrom zu unterbrechen, indem sie den Gleichrichter kurzzeitig abschalten. Das ständige Anwachsen der Typenleistungen von Großgleichrichtern erfordert aber Schalter dieser Art von sehr großen Abmessungen, die sehr teuer sind und wegen der großen bewegten Massen nicht mehr die nötige Abschaltgeschwindigkeit entwickeln, so daß Schädigungen des Gleichrichters durch den großen Kurzschlußstrom nicht mehr mit Sicherheit vermieden werden. Man hat nun geglaubt, dadurch den Kurzschlußstrom eines Gleichrichters unschädlich machen zu können, daß man lediglich den von der Kathode zu der gerade rückzündenden negativen Anode fließenden Strom sperrt, und zwar dadurch, daß man das Gitter dieser Anode, die jetzt als Kathode arbeitet, auf das Potential dieser Anode oder auf ein negativeres Potential bringt. Dieser Weg hat sich als ungangbar erwiesen, weil sich nach dieser Anode die schweren positiven Ionen hinbewegen, welche durch das Gitter von ihrer Bahn nicht abgelenkt und zuwenig gebremst werden, so daß der Strom durch die Gitterladung nicht beeinflußt wird. Eine Sperrung kann auf diesem Wege erst erreicht werden, wenn das Potential und der Strom dieser Anode das Vorzeichen wechselt, also z. B. wenn die Anode beginnt, Vorwärtsstrom zu liefern. Dann sind es die leichten Elektronen, welche zur Anode wandern und welche durch das Gitter abgelenkt und gebremst werden, falls das Gitter auf ein Potential gebracht wird, das negativer als das ^₀ der Kathode ist. Eine analoge Wirkung tritt beim Vorzeichenwechsel des Anodenpotentials von dem Plus- auf den Minuswert der Spannung ein. Auch in diesem Falle kann nach dem kurzzeitigen Erlöschen des Lichtbogens — als Folge der verringerten, zur Deckung des Lichtbogenabfalles nicht ausreichenden Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode —■ ein Wiederzünden des Lichtbogens nicht eintreten, wenn das Gitterpotential etwa um den Betrag des Lichtbogenabfalles negativer als das Potential der Kathode gewählt wird. Zur Verhütung der Entstehung eines Vorwärtsstromes dagegen zeigt sich die Anordnung als wirksam, auch wenn dieser Betrag nicht erreicht wird, und sie ist geeignet, den Gleichrichter spätestens in einem solchen Zeitteil einer Wechselstromperiode zu löschen, welcher vom Moment des Kurzschlusses an bis zum erstmaligen Richtungswechsel derTo protect against short-circuits occurring in the direct current network of single-phase or multi-phase rectifiers, high-speed switches are often used, which must be able to handle the full short-circuit power and serve to interrupt the short-circuit current by briefly switching off the rectifier. The constant increase in the power ratings of large rectifiers, however, requires switches of this type of very large dimensions, which are very expensive and no longer develop the necessary cut-off speed due to the large moving masses, so that damage to the rectifier by the large short-circuit current can no longer be avoided with certainty. It has now been believed that the short-circuit current of a rectifier can be rendered harmless by simply blocking the current flowing from the cathode to the negative anode that is just backfiring, namely by opening the grid of this anode, which is now working as a cathode brings the potential of this anode or to a more negative potential. This route has proven to be impassable because the heavy positive ions move towards this anode, which are not deflected from their path by the grid and are not slowed down enough so that the current is not influenced by the grid charge. Blocking can only be achieved in this way when the potential and current of this anode changes sign, e.g. B. when the anode begins to deliver forward current. Then it is the light electrons which migrate to the anode and which are deflected and slowed down by the grid if the grid is brought to a potential which is more negative than the ^ _{0 of} the cathode. An analogous effect occurs when the sign of the anode potential changes from the plus to the minus value of the voltage. In this case, too, after the arc has been briefly extinguished - as a result of the reduced voltage difference between the anode and cathode which is insufficient to cover the arc drop - the arc cannot be re-ignited if the grid potential is more negative than the potential by the amount of the arc drop the cathode is chosen. In order to prevent the development of a forward current, however, the arrangement proves to be effective, even if this amount is not reached, and it is suitable for extinguishing the rectifier at the latest in such a time part of an alternating current period that from the moment of the short circuit to the first change in direction of the

Spannung der den Kurzschlußstrom führenden Anode verstreicht. Nur während dieses sehr kleinen Zeitteiles bliebe der Kurzschlußiichtbogen bestehen.
Es ist nun Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zum Schutz von Ein- oder Mehrphasen-Quedcsüberdampfgleichrichtern, deren Anoden mit Gittern versehen sind, beim Auftreten eines Kurzschlusses im Gleichrichter-Gleichstromnetz, bei welcher auf der Primäroder Sekundärseite des den Gleichrichter speisenden Transformators oder auf der Gleichstromseite des Gleichrichters auf Kurzschluß ansprechende Relais angeordnet sind, die im Störungsfalle alle Gitter, mindestens aber diejenigen der jeweils positiven Anoden, selbsttätig vorübergehend an eine Spannung legen, die den Gittern ein gegenüber dem Potential der Kathode negatives Potential erteilt. Zur Ladung der Gitter kann man eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung verwenden. Die Gleichspannung kann dem Gleichstromnetz des Gleichrichters oder einer fremden Gleichstromquelle entnommen werden, während die Wechselspannung dem Gleichrichtertransformator oder einem Hilfstransformator entnommen werden kann. Auf die Größe der Gitterladespannung kommt es weniger an als auf den Umstand, daß das Gitter ein negativeres Potential als die Kathode besitzt. Ist die Gitterladespannung eine Gleichspannung, gleich oder kleiner als die Spannung des Gleichrichter-Gleichstromnetzes, dann kann sie vorteilhaft einem zwischen die Außenleiter dieses Netzes geschalteten Spannungsteiler, z. B. einem mit Anzapfungen versehenen Widerstand, entnommen werden. Eine sehr einfache Einrichtung zur Ladung der Gitter mit Wechselspannung, ergibt sich, wenn man im Störungsfalle die Gitter jeder Anode an die Spannung der in der Phasenfolge entgegengesetzten oder einer dieser benachbarten Anode legt.The voltage of the anode carrying the short-circuit current elapses. The short-circuit arc would only persist during this very small period of time.
The subject of the invention is a device for the protection of single- or multi-phase Quedcs over-vapor rectifiers, the anodes of which are provided with grids, in the event of a short circuit in the rectifier direct current network, in which on the primary or secondary side of the transformer feeding the rectifier or on the direct current side of the Rectifier to short-circuit responsive relays are arranged, which in the event of a fault, automatically apply a voltage to all grids, but at least those of the respective positive anodes, which gives the grids a negative potential compared to the potential of the cathode. A direct voltage or an alternating voltage can be used to charge the grid. The direct voltage can be taken from the direct current network of the rectifier or an external direct current source, while the alternating voltage can be taken from the rectifier transformer or an auxiliary transformer. The magnitude of the grid charge voltage is less important than the fact that the grid has a more negative potential than the cathode. If the grid charge voltage is a direct voltage, equal to or less than the voltage of the rectifier direct current network, then it can advantageously be a voltage divider connected between the outer conductors of this network, e.g. B. a tapped resistor can be removed. A very simple device for charging the grid with alternating voltage is obtained if, in the event of a malfunction, the grid of each anode is connected to the voltage of the anode opposite in the phase sequence or one of these adjacent anodes.

Diese Schutzeinrichtungen seien nun an Hand der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.These protective devices are now based on the exemplary embodiments in FIG. 1 to 3 explained in more detail.

Fig. ι erläutert den Fall, daß unter Wirkung des Kurzschlusses mit Hilfe von Relais alle Anodengitter des Gleichrichters an den Minuspol einer Gleichstrombatterie gelegt werden, deren Pluspol mit der Kathode in Verbindung steht.Fig. Ι explains the case that under effect of the short circuit with the help of relays all anode grids of the rectifier to the Negative pole of a direct current battery, the positive pole of which with the cathode in Connection.

Fig. 2 erläutert den Fall, daß nach Wirkung des Kurzschlusses mit Hilfe von Relais das Gitter jeder Anode an die Spannung der Anode von jeweils entgegengesetzter Phase gelegt wird.Fig. 2 explains the case that after the effect of the short circuit with the aid of relays the grid of each anode to the voltage of the anode of opposite phase is placed.

Fig. 3 erläutert den Fall, daß unter Wirkung des Kurzschlusses oder eines Überstromes mit Hilfe von Zeitrelais alle Anodengitter an eine Spannung gelegt werden, welche einem an das Gleichstromnetz des Gleichrichters angeschlossenen Spannungsteiler entnommen wird.Fig. 3 explains the case that under the effect of the short circuit or an overcurrent with the help of time relays all anode grids are connected to a voltage, which taken from a voltage divider connected to the rectifier's direct current network will.

In allen diesen Fällen sind in an sich bekannter Weise in den Gitterstromkreis Widerstände eingefügt, um den Gitterstrom zu begrenzen.In all of these cases there are resistors in the grid circuit in a manner known per se inserted to limit the grid current.

In Fig. ι bedeutet 1 den den Gleichrichter speisenden Transformator, 2 den Gleichrichter, 3 die Anoden des Gleichrichters, 4 die Anodengitter, 5 Anodenhülsen, 6 die den Gittern vorgeschalteten Widerstände, 7 einen Stromwandler zum Speisen der Relais, 8 undIn Fig. Ι 1 means the rectifier feeding transformer, 2 the rectifier, 3 the anodes of the rectifier, 4 the Anode grid, 5 anode sleeves, 6 the resistors connected upstream of the grids, 7 one Current transformer for feeding the relays, 8 and

9 Relais zum Schließen des Schalters 11,9 relays for closing switch 11,

10 eine Batterie. Wächst im Falle eines Kurzschlusses im Gleichrichter der Strom des Stromwandlers 7 über ein gewisses Maß, dann tritt das Relais 8 in Tätigkeit und schließt den Schaltern. Dadurch werden die Gitter 4 an den Minuspol der Batterie 10 angeschlossen, deren Pluspol an der Kathode liegt, so daß der Kurzschlußlichtbogen nach spätestens einer Halbperiode des Wechselstromes erlischt.10 a battery. If there is a short circuit in the rectifier, the current of the increases Current transformer 7 over a certain amount, then the relay 8 comes into action and closes the switches. This connects the grids 4 to the negative pole of the battery 10, the positive pole of which is connected to the cathode, so that the short-circuit arc occurs after a half cycle of the alternating current at the latest goes out.

Die Einrichtung spricht auch bei Überstrom im Gleichstromnetz an, indem ■ das Relais 9 dann ebenfalls den Schalter 11 schließt und den 'Gleichrichterlichtbogen löscht. goThe device also responds to overcurrent in the direct current network by ■ the Relay 9 then also closes switch 11 and the 'rectifier arc clears. go

In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Fig. 1. Man erkennt aber, daß der unter Wirkung des Relais 8 geschlossene Schalter 11 das Gitter der einen Anode jeweils an die Spannung der anderen Anode legt. Das Gitter der positiven Anode erhält also auch hier ein Potential, das erheblich negativer als das Potential der Kathode ist.In Fig. 2 the meaning of the letters is the same as in Fig. 1. One recognizes, however, that the switch 11, which is closed under the action of the relay 8, is the grid of one anode in each case to the voltage of the other anode. The grid of the positive anode is preserved So here too a potential that is considerably more negative than the potential of the cathode.

In Fig. 3 sind ebenfalls die gleichen Bezeichnungen verwendet worden. Man erkennt aber, daß die Relais 8 und 9 hier als Zeitrelais ausgebildet sind, indem sie mit den Dämpfungseinrichtungen 12 und 13 verbunden sind, so daß sie mit zeitlicher Verzögerung das Löschen des Lichtbogens bewirken. Ferner ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß alle Anodengitter unter Wirkung der Relais 8 und 9 an eine Spannung gelegt werden, welche den Anzapfungen eines Widerstandes 15 entnommen wird, welcher zwischen die Außenleiter des Gleichstromnetzes geschaltet ist. Es wird vorteilhaft sein, den Relais Einrichtungen zu geben, durch welche sie nach Aufhören des Kurzschlusses selbsttätig, gegebenenfalls mit Zeitverzögerung, in die Nullstellung zurückgeführt werden.The same designations have also been used in FIG. 3. One recognises but that the relays 8 and 9 are designed here as timing relays by using the Damping devices 12 and 13 are connected so that they are delayed cause the arc to be extinguished. It can also be seen from the drawing that all anode grids are connected to a voltage under the action of relays 8 and 9, which is taken from the taps of a resistor 15, which between the outer conductor of the direct current network is switched. It will be beneficial that To give relay facilities through which they automatically, after the short circuit has ceased, if necessary with a time delay, can be returned to the zero position.

Im allgemeinen wird man die Relais mit Schnellauslösung arbeiten lassen, aber es kann andererseits bisweilen vorteilhaft sein, andere Relais zu verwenden, welche etwa derart ausgebildet sind, daß sie auch schon bei Überlast, dann aber mit Zeitverzögerung₃ In general, the relays will be made to operate with quick release, but on the other hand it can sometimes be advantageous to use other relays, which are designed in such a way that they also operate in the event of an overload, but then with a time delay ₃

ansprechen (Fig. 3) und so den Lichtbogen des Gleichrichters erst nach einer bestimmten Zeit zum Verlöschen bringen, die um so kurzer sein soll, je größer der Überstrom des Gleichrichters ist.respond (Fig. 3) and so the arc of the rectifier only after a certain Bring the time to extinction, which should be shorter, the greater the overcurrent of the rectifier is.

Claims

Patent claims:

i. Device for the protection of single or multi-phase mercury vapor rectifiers, the anodes of which are provided with grids, in the event of a short circuit in the rectifier direct current network, characterized in that on the primary or secondary side of the transformer feeding the rectifier or on the direct current side of the rectifier Relays responding to short circuits are arranged which, in the event of a malfunction, automatically apply a direct or alternating voltage to all grids, at least those of the ao positive anodes, which gives the grids a negative potential compared to the potential of the cathode.
2. Device according to claim 1, characterized in that a voltage is used to charge the grid which is taken from a voltage divider (z. B. resistor) connected between the outer conductors of the rectifier direct current network.

3. Device according to claim 1, characterized in that the relay delay devices own, through which the return to the standby position after the short circuit has ceased takes place in an adjustable time.

4. Device according to claim 1, characterized by the use of Relay with quick release.

5. Device according to claim 1, characterized by the use of Relays that respond in the event of an overload with a time delay that changes in inverse proportion to the overcurrent.

6. Device according to claim 1, characterized in that in the circuits the anode grid current-limiting resistors are switched on.

Please refer to the sheet of drawings