-
Schaltanordnung zum Schutz von Stromrichtern mit Entladungsstrecken
Es ist bekannt, Stromrichter gegen Kurzschlüsse dadurch zu schützen, daß man sie
mit Steuergittern ausrüstet, denen beim Auftreten einer Störung ein negatives Sperrpotential
gegenüber der Kathode aufgedrückt wird. - Wird- nun außerdem mit Hilfe der Steuergitter
im normalen betrieb die Aussteuerung des Stromrichters, d, h. also seine Spannung,
in weitenGrenzen geregelt, so sind etwa auftretende Kurzschlüsse um so weniger gefährlich,
je geringer derAussteuerungsgrad bzw.die,Stromrichterspannung in demAugenblick ist,
in dem die Störung eintritt. Tritt z. B. beim Anlassen eines Gleichstrommotors aus
dem Stillstand durch Hochregeln der Spannung eines- Gleichrichters ein Klemmenkurz:schluß
des. Motors auf, wenn die Spannung erst io °/a ihres vollen Wertes erreicht hat,
so. :bildet sich ein Kurzschlußstrom aus, der den Nennstrom des Motors kaum überschreitet.
Es- ist in solchen Fällen zweckmäßig; eine vorhandene Schutzeinrichtung, die beim
Auftreten von Störungen den Stromrichter sperrt, nicht ansprechen zu lassen, da
eine Gefährdung des Stromrichters bzw. der -Annage nicht vorliegt, andererseits
aber eine Sperrung des Stromrichters eine vorübergehende Stillegung-,des Betriebes
zur Folge haben würde. Ein Ansprechen der Schutzeinrichtung ist erst bei einem solchen
Aussteuerungsgrad des Stromrichters erforderlich, bei dem der im -Kurzschlußfall
auftretende Strom eine Gefahr .für den Stromrichter bedeuten würde.
-
Zur Auslösung der Sperreinrichtung kann mit Vorteil von der Tatsache
Gebrauch gemacht werden, daß beim Auftreten eines Kurzschlusses die Spannung des
Stromrichters eine Absenkung erfährt bzw. zusammenbricht. . Erfindungsgemäß- wird
bei einer so ausgebildeten Schutzeinrichtung die Sperreinrichtung v an dem j ewei
Ligen Aussteuerungsgrad des Stromrichters derart beeinflußt, daß sie nur in demjenigen
Teildes Ausstenerungsbereiches ansprechbereit ist, in dem Kurzschlüsse eine Gefahr
für den Stromrichter darstellen. Dieser Aussteuerungsbereich wird sich im allgemeinen
von der vollen Aussteuerung bis hinunter zu einem vörbestimmten Aussteuerungsgrad
erstrecken. Um nun zu erreichen, daß ein im Störungsfall erfolgendes Absinken der
Spannung nur dann eine -Auslösung der Sperreinrichtung zur Folge hat, wenn .der
Aussteuerungsgrad des Stromrichters einen bestimmten Betrag überschreitet, läßt
man zweckmäßig auf die Sperreinrichtung eine Spannung wirken, die gleich der Differenz
zwischen der Stromrichterspannung
und einer im Störungsfall nicht
oder jedenfalls nicht sofort zusammenbrechenden Spannung ist, wobei sich letztere
mit dem Aussteuerungsgrad des Stromrichters so verändert, daß beim Zusammenbrechen
der Stromrichterspannung unterhalb eines bestimmten Aussteuerungsbereiches eine
Auslösung der Sperreinrichtung nicht mehr erfolgt. Die zusammen mit der Stromrichterspannung
auf die Sperreinrichtung einwirr kende Spannung wird sich zweckmäßiger-«-eise aus
einer konstanten Spannung und einer dem Aussteuerungsgrad des Stromrichters etwa
proportionalen Spannung zusammensetzen, so daß man durch geeignete Wahl des konstanten
Anteils der Spannung sowie des Abhängigkeitsgrades der veränderlichen Spannung von
der Aussteuerung den Aussteuerungsbereich, in dem im Störungsfall ein Ansprechen
der Sperreinrichtung gefordert wird, beliebig einregeln kann.
-
Es muß nun aber verhindert werden, daß innerhalb des Aussteuerungsbereiches,
in dem die Sperreinrichtung ansprechbereit ist, eine Auslösung der Sperreinrichtung
erfolgt, wenn die Spannung nicht infolge einer Störung, sondern willkürlich durch
Vermindern des Aussteuerungsgrades des Stromrichters abgesenkt wird. Diese beiden
Fälle der Absenkung der Stromrichterspannung unterscheiden sich durch ihren zeitlichen
Verlauf; während die Absenkung bei Auftreten eines Kurzschlusses außerordentlich
rasch erfolgt, geht das Herabregeln der Spannung durch Änderung der Aussteuerung
nur allmählich vor sich. Es ist also zweckmäßig, die Sperreinrichtung so auszugestalten,
daß sie nur dann anspricht, wenn die Geschwindigkeit, mit der die Stromrichterspannung
abgesenkt wird, einen gewissen Betrag überschreitet. Zu diesem Zweck wird gemäß
der Erfindung in den Stromkreis, der auf die Auslösung der Schutzeinrichtung einwirkt,
ein Energiespeicher eingeschaltet, der in diesen Stromkreis eine Spannung einführt,
die beim willkürlichen Absinken der Stromrichterspannung ebenfalls sinkt, jedoch
schnellen Änderungen der Stromrichterspannung nicht zu folgen vermag, so daß sie
im ersten Augenblick nach dem Zusammenbrechen der Stromrichterspannung noch ihre
volle Größe hat und somit die Schutzeinrichtung zur Auslösung bringt. Sinkt dagegen
die Stromrichterspannung allmählich ab, so sinkt die durch den Energiespeicher eingeführte
Spannung ebenfalls allmählich ab, und die zur AuslösungderSchutzeinrichtung erforderliche
Spannungsgrenze wird nicht überschritten.
-
Man kann nun den Energiespeicher so schalten, daß er nicht nur ein
Ansprechen der Schutzschaltung bei allmählichem Absinken der Stromrichterspannung
verhindert, sondern daß er gleichzeitig auch bewirkt, daß ein Ansprechen der Schutzeinrichtung
nur innerhalb eines vorbestimmten Aussteuerungsbereiches möglich ist. Dieses Ziel
kann man dadurch erreichen, daß man den Energiebetrag, mit dem sich der Energiespeicher
während des normalen Betriebes auflädt, in geeigneter Weise von dem Aussteuerungsgrad
des Stromrichters abhängig macht.
-
Als Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator zur Anwendung
gelangen, der vorteilhaft in Reihe mit einer konstanten Spannung an den Klemmen
des Stromrichters liegt, so daß seine Ladespannung von dem Aussteuerungsgrad des
Stromrichters abhängig ist. Diesem Kondensator wird -zweckmäßig ein Entladungswiderstand
parallel geschaltet. Die gleiche Wirkung kann durch eine Drosselspule hervorgerufen
werden, die von einem von dem Aussteuerungsgrad des Stromrichters abhängigen Strom
durchflossen wird und an deren Klemmen bei schnellen Änderungen der Stromrichterspannung
eine Spannung auftritt, die zur Auslösung der Sperreinrichtung dienen kann.
-
Als Relais zum Anlegen des zur Sperrung erforderlichen negativen Potentials
an die Gitter des Stromrichters wird zweckmäßig ein dampf- oder gasgefülltes steuerbares
Hilfsentladungsgefäß verwendet, dessen Gitter an den Minuspol der Stromrichteranlage
unter Zwischenschaltung verschiedener Schaltelemente angeschlossen wird. Dieser
Minuspol ist bei einer Gleichrichteranlage der Transformatorsternpunkt, bei einer
Umrichteranlage, die wechselnde Spannung führt, wird man die Auswahl des Punktes,
an dem das Gitter angeschlossen wird, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Ventilstrecken
so zu treffen haben, daß er dann negativ ist, wenn die betreffende Entladungsstreckengruppe
des Umrichters als Gleichrichter arbeitet.
-
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schutzschaltung
für eine Gleichrichteranlage dargestellt. Die Steuergitter des Stromrichtergefäßes
i sind an die die positiven Zündimpulse liefernde - Steuereinrichtung a einerseits
und über das Hilfsentladungsgefäß 3 an die Sperrspannungsquelle q. andererseits
angeschlossen. Um mit nur einem Hilfsentladungsgefäß auszukommen, sind die drei
gezeichneten Steuerleitungen über Gleichrichter 5 miteinander so verbunden, daß
ein Strom positiver Richtung nur von jeder Steuergitterzuleitung zu der Anode des
Hilfsentladungsgefäßes 3 fließen kann. Wird das Hilfsentladungsgefäß 3 gezündet,
so werden die Gitter an das von der Sperrspannungsquelle .d gelieferte negative
Potential gegenüber der Kathode
des Stromrichters i gelegt, und
das Stromrichtergefäß wird dadurch gesperrt.
-
Das Steuergitter des a Hilfsentladungsgefäßes ist über eine Gleichsperrspannungsquelle
6, die im vorliegenden Falle durch eine Ventilanordnung in Graetzscher Schaltung
gebildet wird., und über einen mit einem Parallelwiderstand 8 versehenen Kondensator
7 an den Minuspol der Stromrichteranlage angeschlossen. Der Minuspol derdurch die
Ventilgruppe gebildeten Gleichspannungsquelle ist über einen Widerstand mit der
Kathode des Hilfsentladungsgefäßes verbunden. Der Kondensator 7 -und sein Parallelwiderstand
8 sind zweckmäßig regelbar bz.w. einstellbar. Man erkennt, daß sich im Normalbetrieb
der Kondensator 7 mit einer Spannung auflädt, die abhängig ist von der Größe der
Stromrichterspannung, d. - h. von dem Aussteuerungsgrad des Stromrichters. Die von
der Ventilgruppe 6 gelieferte Spannung dient als negative Sperrspannung für das
Gitter des Hilfsentladungsgefäßes 3. Tritt nun ein Kurzschluß auf, so bricht die
Spannung des Stromrichters zusammen, d. h. das Potential ,des Minuspols springt
etwa auf das Kathodenpotential; und da sich der Kondensator 7 nicht schnell genug
entladen kann, überwiegt jetzt das von ihm an das Gitter des Hilfsentladungsgefäßes
gelieferte positive Potential gegenüber dem von der Sperrspannungsquelle 6 gelieferten
negativen Potential, so daß die. Hilfsentladungsstrecke 3 zündet und die Gitter
des Stromrichters i an die negative Sperrspannungsquelle legt.
-
In der Schaltung ist als Sperrspannungsquelle für das Hilfsentladungsgefäß
eine Ventilgruppe 6 vorgesehen, die aus dem den Stromrichter speisenden Wechselstromnetz
über einen Transformator 9 gespeist wird; dadurch wird bewirkt, daß beim Zusammenbrechen
der Stromrichterspannung, im Kurzschlüßfalle, die Sperrspannung für das Hilfsentladungsgefäß
ebenfalls um einen gewissen Betrag zusammenbricht und damit der dem Gitter dieses
Gefäßes zugeführte Zündspannungsimpuls noch- vergrößert wird. Diese Schaltung hat
außerdem den Vorteil, daß sie selbstsperrend wirkt, nämlich daß das Hilfsentladungsgefäß
3 dauernd durchlässig bleibt, so daß das Stromrichtergefäß i gesperrt bleibt. Ebenfalls
wird vermieden, daß die Spannung in dem von dem Stromrichter gespeisten Netz einen
schroffen Wiederanstieg nimmt, wodurch, besonders wenn z. B. Maschinen an das Netz
angeschlossen sind oder ein Nttzkurzschluß weiterbesteht, erhebliche Störungen hervorgerufen
werden könnten.
-
Wenn infolge einer etwaigen Herunterregelung des Stromrichters die
Spannung nur allmählich absinkt, so hat der Kondensator 7 gemäß seiner eingestellten
Kapazität genügend Zeit sich über seinen Parallelwiderstand zu entladen, so, daß
die zur Zündung des Hilfsentladungsgefäßes nötige Zündspannung nicht erreicht werden
kann, die Sperreinrichtung also nicht ausgelöst wird.