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Schaltanordnung zum Überstromschutz von Stromrichtern Es ist bereits
bekanntgeworden, die Steuergitter von Stromrichtern beim Auftreten einer Störung,
also etwa eines Kurzschlusses oder einer Rückzündung, an eine für alle Gitter gemeinsame
Sperrspannungsquelle anzuschließen. Die Verbindung der Gitter mit der Sperrspannungsquelle
kann dabei durch Relais oder durch Hilfsentladungsgefäße,insbesondere solche mit
Gas- oder Dampffüllung, erfolgen, die beim Übersteigeneines bestimmten Belastungsstromes
des Stromrichters gezündet werden. So hat man beispielsweise die Gitter eines mehrphasigen
Stromrichters je mit einer Anode eines mehranodigen gasgefüllten Hilfsentladungsgefäßes
verbunden, an dessen Kathode der negative Pol der Sperrspannungsquelle liegt. Während
die Steuergitter dieses Hifsentladungsgefäßes im normalen Betrieb auf negativem
Potential gegenüber der Kathode gehalten werden; wird ihnen beim Auftreten einer
Störung, beispielsweise mittels eines Überstromrelais, ein positives Potential zugeführt
und dadurch das Hüfsentladungsgefäß gezündet. Hierbei ergibt sich nun insofern eine
Schwierigkeit, als der Gitterstrom durch das Hilfsentladungsgefäß nur so lange fließen
kann, wie das Hauptgefäß arbeitet. Werden nun im Störungsfall die Anoden des Hauptgefäßes
nacheinander zum Erlöschen gebracht, so erlischt auch das Hilfsentladungsgefäß,
und an den Steuergittern des Hauptentladungsgefäßes tritt wieder die normale Beaufschlagung
mit Zündimpulsen, in. Kraft. Infolge dessen zündet der Stromrichter wieder, das
Überstromrelais spricht von neuem an, und das Spiel wiederholt sich so lange, bis,
die Störungsursache beseitigt ist.
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Eine weitere Schwierigkeit beim Anschluß der Steuergitter an eine
gemeinsame Sperrspannungsquelle tritt auf, wenn im normalen Betrieb die Steuergitter
an einen Transformator angeschlossen sein, sollen, der die Steuerwechselspannungen
liefert. Um bei der positiven Gitterbeaufschlagung nicht zu hohe Gitterströme zu
erhalten, ist es dann nämlich erforderlich, zwischen die Steuergitter und den Transformator
der die Steuerwechselspannungen liefert, Strombegrenzungswiderstände einzuschalten.
Derartige Widerstände zwischen Steuergitter und Transformator können auch noch aus
einem anderen Grunde nötig werden, nämlich dann, wenn in dem Stromrichter mehrere
Anoden parallel geschaltet sind. In diesem Fall müssen die zu parallel geschalteten
Anoden gehörigen Steuergitter an die gleiche Phase des Steuerspannungstransformators
angeschlossen werden, jedoch dürfen sie wegen der Verschiedenheiten der inneren
Widerstände der einzelnen parallelen Entladungsstrecken nicht ohne weiteres parallel
geschaltet werden. Durch die Einschaltung von Widerständen in jede Gitterzuleitung
läßt sich ein einwandfreier Parallelbetrieb erzwingen.
Während also
in jedem Falle zwischen Steüerspannungstransformator und den Gittern Widerstände
nötig sind, ist es wünschenswert, daß im Störungsfalle der Stromkreis Kathode..,
Sperrspannüngsquelle, Steuergitter möglichst geringen Widerstand besitzt, um den
Gitt@ry: möglichst rasch ihre positive Ladung zu ent' ziehen.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Schutz von Stromrichtern
gegen Überströme, deren Gitter an einen Steuerspannungstransformator angeschlossen
sind und irn Störungsfall über eine gesteuerte Hilfsentladungs-Strecke an ein Sperrpotential
gelegt werden, welche die genannten Forderungen mit einfachen Mitteln in vollkommener
Weise erfüllt. Erfindungsgemäß werden in. die Verbindungsleitungen zwischen der
Sperrspannungsquelle und den Steuergittern. Ventile, insbesondere Trockengleichrichter,
geschaltet, derart, daß der die Steuerwechselspannungen liefernde Transformator
mit diesen Ventilen eine Gleichrichteranordnung von der Phasenzahl des Haupt-Bleichrichters
bildet, die in den Anodenstromkreis der. Hilfsentladungsstrecke gleichsinnig mit
dieser geschaltet ist. Der Erfindungsgedanke ist auch dann anwendbar, wenn das Anlegen
der Gitter an die Sperrspannungsquelle etwa über ein mechanisches Relais erfolgt.
Jedoch sind die durch ihn gebotenen Vorteile besonders groß, wenn für diesen Zweck
eine gas- oder dampfgefüllte Hilfsentlädungsstrecke Verwendung findet.
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Die Erfindung möge an Hand eines Ausführungsbei5piels näher erläutert
werden. In der Zeichnung bedeutet i einen gittergesteuerten Gleichrichter mit i2
Anoden, der jedoch 6phasig betrieben wird, bei dem also je zwei Anoden, beispielsweise
die Anoden 2 und 2', parallelgeschaltet sind. Die Steuergitter dieses Gleichrichters
sind an den die Steuerwechsel-Spannungen liefernden Transformator 7 angeschlossen,
und zwar immer je zwei zu parallel geschalteten Anoden gehörige Gitter, beispielsweise
3 und 3'; an eine Phase dieses Transformators. Um einerseits die Gitterströme während
der positiven Beaufschlagung herabzusetzen und andererseits eine ungleichmäßige
Potentialverteilung auf die zusammengehörigen Gitter zu verhüten, ist in jede Gitterzuleitung
ein, Widerstand 5 bzw. 5' eingeschaltet. Der Sternpunkt der Sekundärwicklung des
Transformators 7 liegt über einen weiteren Strombegrenzungswiderstand 8 an der Kathodenleitung
ii des Gleichrichters.
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Beim Auftreten einer Störung, beispielsweise einer Überlastung oder
einer Rückzündung, soll nun, den Gittern ein negatives Potential gegenüber der Kathode
dadurch aufgedrückt werden, daß sie mit der negativen Klemme der Sperrspannungsbatterie
io, deren Pluspol an der Kathode des Gleichrichters liegt, verbunden werden. Damit
dieses Anlegen des Sperrpotentials an die Gitter im Störungsfall mög-@@':%chst schnell
erfolgen kann, dienen bei dem . dargestellten Ausführungsbeispiel für diesen Zweck
gittergesteuerte Dampf- oder Gasent-`lädungsstrecken, die, wenn der Gleichrichter
gesperrt werden soll, gezündet werden.. Daß hier zwei Hilfsentladungsgefäße 9 und
g' vorgesehen sind, hat seinen Grund lediglich darin, daß eine Reserve vorhanden
sein soll, wenn etwa eins der Gefäße unbrauchbar werden sollte. Es möge daher im
folgenden angenommen werden, daß nur das eine Entladungsgefäß 9 eingeschaltet sei.
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Damit nun beim Zünden des Hilfsentladungsgefäßes 9 sämtliche Steuergitter
möglichst widerstandslos an die gemeinsame Sperrspannungsquelle io angelegt werden,
während sie im normalen Betrieb wegen des Anschlusses an verschiedene Transformatorphasen
sämtlich voneinander isoliert werden müssen, ist in die Verteilungsleitungen zwischen
dem Hilfsentladungsgefäß 9 und jedem Steuergitter je ein Ventil q. bzw. q:' geschaltet,
und zwar mit der Durchlaßrichtung so, daß den Gittern von der Sperrspannungsquelle
eine negative Ladung zugeführt werden kann. Durch die Anordnung der Ventile q. in
den Gitterzuleitungen wird also erreicht, daß diese in bezug auf die Sperrspannungsquelle
io sämtlich untereinander leitend verbunden sind, in bezug auf den Transformator
7 dagegen vollständig voneinander getrennt sind: Es wurde schon oben, darauf hingewiesen,
daß bei der an sich bekannten Verwendung von gesteuerten Gas- oder Dampfentlädungsstrecken
als Relais zum Einschalten der Sperrspanneng durch die Erfindung der Vorteil erreicht
wird, daß ein ungewolltes Wiedererlöschen der Hilfsentladungsstrecken nach erfolgter
Sperrung des Hauptstromrichters vermieden wird. Da nämlich bei der erfindungsgemäßen
Schaltung die Hilfsventile zusammen mit dem die Steuerwechselspannungen liefernden
Transformator eine mehrphasige Gleichrichteranordnung bilden, die in den Anodenstromkreis
der Hilfsentladungsstrecke gleichsinnig mit dieser geschaltet ist, so wird die Hilfsentladungsstrecke;
wenn sie erst einmal gezündet ist, ständig durch diese Gleichrichteranordnung mit
Gleichstrom gespeist, so daß sie von selbst auch bei Wiederkehr einer negativen
Spannung an ihrem Gitter nicht wieder erlöschen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
bildet die Kathodenverbindung der Hilfsventile q. bzw. q,' den Pluspol und der Sternpunkt
der Transformatorwicklung 8 den Minuspol der Gleichrichteranordnung, die das Hüfsentladungsgefäß
9, sobald es gezündet ist, mit Gleichstrom speist. Die aus dem Transformator
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und der Ventilgruppe 6 gebildete Gleichrichteranordnung wird bei der Speisung des
Lichtbogens der Hilfsentladungsstrecke noch unterstützt durch die Sperrspannungsquelle
io, die gleichsinnig und in Reihe mit dieser Gleichrichteranordnung in den Anodenstromkreis
der Hilfsentladungsstrecke geschaltet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
besteht darin, daß die Zündung der Hilfsentladungsstrecke so von der Stromrichterbelastung
abhängig gemacht wird, daß sie bei großen Überströmen ohne Verzögerung erfolgt,
daß jedoch bei geringeren Überströmen die Zündung verzögert wird, und zwar zweckmäßig
um so mehr, je geringer der die Schutzeinrichtung zum Ansprechen bringende Überstrom
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber nur eine Zeitverzögerungsstufe
dargestellt. Die Zündspannung für die Hilfsentladungsstrecke wird hier von einem
Spannungsteilerwiderstand 17 abgegriffen, der über einen Transformator 15 und eine
Gleichrichteranordnung 16 mit einem Strom gespeist wird, der über die Stromwandler
12 und 13 von dem Primärstrom des Hauptgleichrichters abhängt. Der zwischen
dem Abgriff 20 und dem rechten Endpunkt des Spannungsteilers liegende Widerstand
ist im normalen Betrieb durch einen Kurzschließer 21 kurzgeschlossen. Zwischen den
Abgriffen ig und 2o liegt ein Zeitverzögerungsrelais 22, das eine bestimmte Zeit
nach erfolgtem Ansprechen den. Kurzschließer 21 öffnet. Übersteigen also die Belastungsströme
in dem Netz 1q. einen bestimmten Betrag, so beginnt das Zeitrelais 22 zu laufen
und unterbricht nach Ablauf einer bestimmten Zeit den Kurzschluß. Die Kathoden der
Entladungsröhren g und g' bleiben dabei ständig mit dem negativen, Pol der Gleichrichteranordnung
16 verbunden. Das Potential des Abgriffes 18, das den Gittern der Röhren g und g'
aufgedrückt wird, wird jedoch beim Öffnen des Kurzschließers 21 in positiver Richtung
verschoben, da sich die gesamte, vorn der Gleichrichteranordnung 16 gelieferte Gleichspannung
nunmehr über einen größeren Teil des Spannungsteilers 17 verteilt, so daß auf den
Teil zwischen dem linken Endpunkt des Spannungsteilers und dem Abgriff 18 ein geringeres
Potentialgefälle entfällt. Durch diese Steigerung des Gitterpotentials gegenüber
der Kathode wird die Zündung der Hilfsentladungsstrecken g bzw. g' eingeleitet.
Erreicht der Überstrom sprungweise einen höheren Betrag, so wird unter Umständen
dadurch zwischen den Abgriffen 18 und 2o eine Spannung erreicht, die zur Zündung
der Hilfsentladungsstrecke genügt, und die Zündung erfolgt in diesem Falle praktisch
ohne Verzögerung.
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Es wurde schon oben erwähnt, daß lediglich aus Gründen der Betriebsreserve
ein zweites Hilfsentladungsgefäß g' vorgesehen. sei. In der Zeichnung ist gleichzeitig
noch eine Prüfschaltung dargestellt, die jederzeit eine Kontrclle darüber ermöglicht,
ob die Hilfsentladungsgefäße noch arbeitsfähig sind oder nicht. Will man beispielweise
das Hilfsentladungsgefäß g kontrollieren, so schaltet man ihm das Hilfsentladungsgefäß
g' mit Hilfe des Schalters 23' parallel, schaltet es sodann mittels des Schalters
23 aus dem betriebsmäßigen Stromkreis aus und legt damit gleichzeitig die Kontrollampe
a5 an seinen Anodenstromkreis. Nun wird durch Umlegen des Schalters 24 das Steuergitter
an ein Zündpotential gelegt, und man kann dann an der Kontrollampe (25) feststellen,
ob das Hilfsentladungsgefäß ordnungsgemäß zündet oder nicht. Eine entsprechende
Prüfung kann auch für das Gefäß g' vorgenommen werden. Die Kontrollampe 25' gibt
hier Auskunft, ob das Gefäß g' noch arbeitsfähig ist, wenn dem Gitter über den Schalter
ein Zündpotential zugeführt wird.