DE649243C - Verfahren zum selektiven Abschalten von Kurzschluessen in durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Netzen - Google Patents

Description

Die Abschaltung von Kurzschlüssen in Gleichstromnetzen, die durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeist werden mittels Gittersteuerung, hat den Nachteil, daß wegen der großen Geschwindigkeit, mit der diese Abschaltung erfolgt, häufig der Streckenschalter der Strecke, in der der Kurzschluß aufgetreten ist, eingeschaltet bleibt, so daß nach der. Aufhebung der Sperrung der Gleichrichter abermals auf den Kurzschluß geschaltet wird; hierauf wird er durch Gittersperrung sofort wieder außer Betrieb genommen. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, beim Auftreten von Kurzschlüssen in durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Netzen den Gleichrichter nicht abzuschalten, sondern die Gleichspannung mit Hilfe der Gittersteuerung auf einen Wert zu verringern, bei dem der Streckenschalter des kurzgeschlossenen Zweiges noch fällt. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, zur Steuerung der Gitter eine sinusförmige Wechselspannung zu verwenden, der eine von der Anstiegsgeschwindigkeit des Gleichstromes abhängende Gleichspannung derart überlagert ist, daß bei ansteigendem Strom die Zündung der einzelnen Anoden verzögert wird. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht anwenden, wenn zur Steuerung der Gitter eine periodische Spannung mit spitzer oder rechteckiger Kurvenform verwendet wird. Für viele Anmeldungszwecke ist jedoch im Hinblick auf die wünschenswerte Exaktheit des Zündzeitpunktes die Verwendung einer solchen Gitterwechselspannung notwendig. Es liegt deshalb nahe, zu versuchen, die Phasenlage einer solchen Gitterwecnselspannung, beispielsweise durch Sättigen einer Drosselspule in Abhängigkeit von der Anstiegsgeschwindigkeit des Gleichstromes, derart zu verschieben, daß die einzelnen Anoden später zünden. Die Versuche zeigten jedoch, daß ein verhältnis-•mäßig großer Aufwand an Einrichtungen notwendig ist, um die für diesen Zweck erforderliche große Änderung der Phasenlage der Gitterwechselspannung zu erreichen.

Den Gegenstand der Erfindung bildet deshalb ein Verfahren zur selektiven Abschaltung von Kurzschlüssen in durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Netzen, bei dem eine Gitterwechselspannung von spitzer oder rechteckiger Kurvenform mit fester Phasenlage und eine Gitterwechselspannung gleicher oder ähnlicher Kurvenform mit veränderbarer Phasenlage verwendet werden.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr-Ing. Claus Fröhmer in Berlin-Siemensstadt.

Die Phasenverschiebung der festen Teifwechselspannung gegenüber der Anodenwechselspannung ist dabei verhältnismäßig groß, und zwar ist die Phasenlage derart gewählt, daß sie jeder betriebsmäßig möglichen· ' Phasenlage der veränderbaren Gitterwechselspannung nacheilt.

In Abhängigkeit \^ron der Anstiegsgeschwindigkeit des Gleichstroms wird die ίο Gitterwechselspannung mit veränderbarer Phasenlage nach dem Eintritt eines Kurzschlusses zunächst unwirksam gemacht, so daß die Anoden unter dem Einfluß der Gitterwechselspannung mit fester Phasenlage von nun an in einem späteren Zeitpunkt der Periode zünden. Dann wird die Phasenlage der zur Zeit unwirksamen Gitterwechselspannung derart geändert, daß sie mit der in der Phasenlage festen Gitterwechselspannung nahezu übereinstimmt. Sobald diese Einstellung erreicht ist, wird die in der Phasenlage veränderbare Gitterspannung wieder wirksam gemacht und ihre Phasenlage mit einer vorzugsweise einstellbaren Geschwindigkeit derart geändert, daß die Anoden allmählich wieder früher zünden. Durch entsprechende Einstellung der Streckenschalter und der Phasenlage der phasenfesien Gitterspannung wird dabei dafür Sorge getragen, daß vor dem Heraufregeln der Gleichspannung durch die wieder wirksam gewordene, in der Phasenlage veränderbare Gitterwechselspannung der Streckenschalter des den Kurzschluß enthaltenden Zweiges ausgeschaltet wird.

Das Wesen der Erfindung soll an Hand der Abb. 1 erläutert werden. Die Anodenspannungen eines sechsphasigen Gleichrichters u-v-τν sind in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Zur Zeit i_t möge die Gitter Steuerung auf volle Öffnung der Anoden in den jeweils zugehörigen Phasen eingestellt sein. Durch die in der Phasenlage veränderbare rechteckförmige Gitterwechselspannung I wird in diesem Augenblick beispielsweise die Anode u gezündet. Angenommen, es träte zur Zeit ίο im Gleichstromnetz ein Kurzschluß auf, so daß der Gleichstrom nach der Kurve i^ zunimmt. In Abhängigkeit von der Anstiegsgeschwindigkeit des Gleichstromes soll erfindungsgemäß eine Einrichtung, beispielsweise ein Relais oder ein gittergesteuertes Hilfsentladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung oder auch eine Hochvakuumröhre, derart gesteuert werden, daß die in der Phasenlage veränderbare Gitter wechsel spannung I unwirksam wird, d. h. es muß dafür gesorgt werden, daß mit ausreichender Geschwindigkeit die Höhe der positiven Impulse der in der Phasenlage regulierbaren Gitterwechselspannung I vermindert wird, oder es muß j dieser Spannung eine negative Gleichspannung überlagert werden.

• Wenn eine solche Einrichtung vorgesehen ist, dann wird die Zündung der Anode w' nicht durch die in der Phasenlage veränderbare Gitterwechselspannung I erfolgen, sondern erst zur Zeit i₃ durch die Gitterwechselspannung fester Phasenlage II bewirkt werden. Durch entsprechende Wahl der Phasenverschiebung der in der Phasenlage festen Wechsel spannungen II zu den Anodenspannungen kann erreicht werden, daß der unter dem Einfluß dieser Gitterwechselspannung II bei kurzgeschlossenem Netz auftretende Strom zwar begrenzt wird, jedoch mindestens einen solchen Wert annimmt, daß der Streckenschalter der kurzgeschlossenen Strecke mit Sicherheit fällt.

Die nächste Anode ν und die folgenden Anoden würden ebenfalls verspätet gezündet \verden, so daß der Kurzschlußstrom einen ΛΌrgegebenen Wert nicht überschreiten kann. Sobald die kurzgeschlossene Strecke abgeschaltet ist, soll die Gleichspannung durch entsprechende Regelung mit Hilfe der Gitter wieder auf ihren normalen Wert gebracht werden. Zu diesem Zweck wird die in der Phasenlage veränderbare Gitterwechselspannung I während der Zeit, während der sie unwirksam ist, in ihrer Phasenlage so verschoben, daß sie nahezu mit der Phasenlage der in der Phasenlage unveränderbaren Gitterwechselspannung II übereinstimmt. Sobald diese Lage erreicht ist, kann auch die Gitterwechselspannung I wieder wirksam gemacht werden. Wenn der Streckenschalter der kurzgeschlossenen Strecke in der Zwischenzeit ausgeschaltet ist, dann kann mit Hilfe der in der Phasenlage veränderbaren Gitter- ioo wechselspannung I die Spannung wieder auf ihren normalen Wert geregelt werden.

In der Abb. 1 ist beispielsweise angenommen, daß bereits zur Zeit f₄ die Schwenkung der Phasenlage der Gitterwechselspannung. I vollendet ist, so daß bereits in diesem Augenblick die vorher noch unwirksame Gitterwechselspannung I wieder wirksam gemacht werden kann. Die Zündung erfolgt dann unter dem Einfluß der in der Phasenlage regelbaren Gi tterwech sei spannung I.

Es wird nun die Phasenlage der Gitterwechselspannung I so geändert, daß die Anode 11 bereits zur Zeit t_s, die Anode w zur Zeitig, die Anoden' zur Zeit f₇, die Anode« zur Zeit i₈ zünden. Wie man aus der Abbildung ersieht, soll während dieses Vorganges die Phasenlage der Gitterwechselspannung I so geändert werden, daß die aufeinanderfolgenden Anoden zu einem immer früheren Zeitpunkt gezündet werden. Diese Rückdrehung der Phasenlage der Gitterwechsel-

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spannung I wird so lange fortgesetzt, bis die ursprüngliche Phasenverschiebung zwischen den beiden Gitterwechselspannungen I und II wieder erreicht'ist, der Gleichrichter also mit seiner vollen Spannung arbeitet.

Die Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine solche Einrichtung. Der mehranodige Stromrichter I mit der Quecksilberkathode 2 und den Anoden 3, 3', 3" und den dazugehörigen Gittern 4, 4', 4" speist in der üblichen Weise ein Gleichstromnetz. Im normalen Betrieb werden die Gitter über den Schutzwiderstand 6, den Transformator mit spitzer Sekundärspannungskurve 7 und den Drehtransformator 8 aus einem Drehstromnetz gespeist. Je nach der Phasenlage der Sekundärspannung des Drehtransformators 8 in bezug auf die Phasenlage der Anodenspannungen des Gleichrichters werden die Anoden zu. einem früheren oder späteren Zeitpunkt innerhalb einer Periode gezündet.

Wenn im Gleichstromnetz ein Kurzschluß auftritt, dann wird durch die Änderung des Gleichstromes im Stromwandler 12 eine Spannung erzeugt, durch die über den Gleichrichter 20 der Kondensator 11 geladen wird. Die Spannung am Kondensator 11 und am Widerstand 10 wird der negativen Gittervorspannung 9 überlagert, so daß die von dem Transformator 7 erzeugte Gitterwechselspannung nicht mehr zur Zündung der Anoden ausreicht. Statt dessen wird nun die von dem Transformator 23 gelieferte Gitterwechselspannung spitzer Kurvenform wirksam, die über den Schutzwiderstand 5 ebenfalls auf das Gitter 4 wirkt. Durch entsprechende Einstellung der Phasenlage der Sekundärwicklung eines Hilfstransformators 24 in bezug auf die .Phasenlage der Anodenspannungen des Gleichrichters kann in an sich bekannter Weise erreicht werden, daß unter dem Einfluß der nun wirksamen Gitterspannung die Anoden zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt innerhalb der Periode zünden, so daß die wirksame Gleichspannung bedeutend niedriger als die maximalmögliche Gleichspannung ist. Die von dem Transformator 7 erzeugte Spannung werde in Übereinstimmung mit den Erläuterungen der Abb. 1 mit I, die Gitterwechselspannung des Transformators 23 mit II bezeichnet.

Um die Phasenlage der Gitterwechselspannung I zu ändern, wird die am Kondensator 11 im Kurzschlußfalle entstehende Spannung dazu benutzt, das von der Gleichspannungsquelle 14 gespeiste gittergesteuerte Gas- oder Dampf entladungsgefäß 13 freizugeben, dadurch wird das Relais 15 erregt. Der Anker 16 wird ruckartig angezogen und dreht über den Hebel 17 den Rotor des Drehreglers 8 um einen einstellbaren Winkel. Dieser Winkel kann beispielsweise 90⁰ el. betragen. Vorzugsweise wird der Winkel so groß gewählt, daß die Phasenlage der Sekundärspannung des Transformators 7 nahezu in Übereinstimmung mit der Phasenlage der Sekundärspannung des" Transformators 23 gebracht wird. Nach erfolgter Drehung unterbricht das Relais 15 seinen Stromkreis selbsttätig mit Hilfe des Kontaktes 18, so daß das Gas- oder Dampfentladungsgefäß 13 stromlos wird. Auch nach dem Wiederschließen des Kontaktes 18 führt das Entladungsgefäß 13 keinen Strom mehr, da das Steuergitter inzwischen bereits wieder negativ genug geworden ist. Falls allerdings ein neuer Kurzschluß einsetzt bzw. der Anstieg des alten Kurzschlußstromes noch andauert, so zündet die Entladungsstrecke 13, und die Schutzeinrichtung arbeitet, wie oben beschrieben.

Gleichzeitig mit der Drehung des Rotors des Drehreglers 8 über die Welle 19 und den Hebel 17 wird eine Rückstellfeder 22 gespannt, die den Rotor mit einer durch die Einstellung des Hemmwerkes 21 regelbaren Geschwindigkeit in die -Normallage zurückdreht. Die Phasenlage der Gitter des Stromrichtgefäßes ι wird also allmählich so geändert, daß die Anoden immer früher zünden, bis schließlich die normale Lage des go Zündzeitpunktes wieder erreicht wird. Damit die vom Transformator 7 erzeugte Spannung zur rechten Zeit wieder wirksam wird, muß die Zeitkonstante des aus dem Widerstand 10 und dem Kondensator 11 gebildeten Stromkreises so gewählt werden, daß die Spannung am Kondensator 11. bereits kurze Zeit nach dem öffnen des Kontaktes 18 wieder klein gegen die negative Vorspannung 9 geworden ist.

Bei dieser Einrichtung zur selektiven Abschaltung von Kurzschlüssen in durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Stromnetzen wird der Kurzschlußstrom nicht auf einen bestimmten Wert begrenzt. Er steigt vielmehr, wenn der Schalter nicht auslöst, bis zur vollen Höhe an. Die Anstiegsgeschwindigkeit wird jedoch durch die Einstellung des Hemmwerkes beeinflußt.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur selektiven Abschaltung von Kurzschlüssen in durch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Netzen, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei für die betriebsmäßige Steuerung der Gitter vorgesehenen Wechselspannungen, deren eine eine spitze oder rechteckförmige Kurve mit veränderbarer Phasenlage und deren andere einen gleichen oder ahnliehen zeitlichen Verlauf, jedoch mit fester, jeder betriebsmäßig möglichen

   Phasenlage der veränderbaren Gitterwechselspannung nacheilender Phasenlage hat, die Wechselspannung von veränderbarer Phasenlage bei Eintritt eines Netzkurzschlusses zunächst unwirksam gemacht wird, daß während der Zeit ihrer Unwirksamkeit ihre Phasenlage im Sinne einer Nacheilung bis zur angenäherten Übereinstimmung mit derjenigen der ίο Wechselspannung fester Phasenlage verstellt wird, daß hierauf die Wechselspannung veränderbarer Phasenlage wieder wirksam gemacht wird und schließlich nach der selektiven Abschaltung des Kurzschlusses die Phasenlage der veränderbaren Wechselspannung, vorzugsweise mit einstellbarer Geschwindigkeit, im Sinne einer Verringerung der Nacheilung gegenüber der Anoden wechsel spannung verstellt wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode und den Gittern der zu steuernden Ent- *5 ladungsstrecken jeweils zwei getrennte Steuerwege vorgesehen sind, deren einer die Einrichtung zur Erzeugung der phasenfesten Gitterwechselspannung (II) und gegebenenfalls eine Vorspannungsquelle und deren anderer die Einrichtung zur Erzeugung der veränderbaren Steuerwechselspannung, gegebenenfalls unter Vorschaltung einer Vorspannungsquelle, sowie die Mittel zur Unterdrückung bzw. Kompensation mindestens der positiven Spannungsimpulse der veränderbaren Steuerwechselspannung enthält.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisches oder elektrisches Relais vorgesehen ist, vermittels dessen eine sperrende negative Vorspannung beim Auftreten eines Kurzschlusses in Reihe mit der veränderbaren Steuerwechselspannungsquelle in den Gitterkreis geschaltet wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerweg der veränderbaren Gitterwechselspannung (I) ein Kondensator (11) in Reihe geschaltet ist, der bei Auftreten eines Kurzschlusses über ein an einen im Gleichstromkreis liegenden Stromwandler angeschlossenes gleichrichtendes Element derart aufgeladen wird, daß die Steuerimpulse der veränderlichen Gitterwechselspannung (I) unwirksam werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (11) ein Widerstand (10) vorgesehen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsentladungsstrecke, vorzugsweise mit Gas- oder Dampffüllung, oder eine mechanische Relaiseinrichtung vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von der beim Auftreten eines Kurzschlußstromes entstehenden zusätzlichen Spannung im Steuerkreis der Hauptentladungsstrecken einen gleichstromgespeisten Hilfsstromkreis (14) zur Betätigung der Phasenverstellung der veränderbaren Gitterwechselspannung schließt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsstromkreis ein Selbstunterbrecherrelais (15) angeordnet ist, bei dessen Ansprechen die phasendrehende Einrichtung, beispielsweise ein Drehregler (8), für die veränderbare Gitterwechselspannung (I) plötzlich in Richtung einer Phasennacheilung verstellt wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem beweglichen Teil des Relais (15) eine Rückholfeder (22) und ein Zeitwerk (21) verbunden sind, mittels deren unmittelbar nach dem Ansprechen der Relais dieses selbst sowie der gekuppelte Drehregler (8) innerhalb einer vorbestimmten Zeit in die ursprüngliche Lage zurückgeführt werden.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch.4 und 5, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Zeitkonstanten des Kondensatorkreises, daß einerseits kurz nach Beginn des Rücklaufes der phasendrehenden Einrichtung in Richtung einer Phasenvoreilung die phasenveränderbare Steuerwechselspannung wieder wirksam wird und daß andererseits bei der Wieder-Schließung des Selbstunterbrechungskontaktes am Relais (15) das Hilfsrelais bzw. die Hilfsentladungsstrecke (13) nicht mehr ansprechen kann, falls der Kurzschluß inzwischen selektiv abgeschaltet worden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen