DE759970C

DE759970C - Device for interrupting DC circuits under load

Info

Publication number: DE759970C
Application number: DES139622D
Authority: DE
Inventors: Max Dr-Ing Bosch
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1939-12-22
Filing date: 1939-12-22
Publication date: 1953-09-07

Description

Einrichtung zum Unterbrechen von Gleichstromkreisen unter Last Es ist bekannt, daß das Abschalten von Gleichstromleitungen unter Last erhebliche Schwierigkeiten bereitet, insbesondere dann, wenn es sich um sehr hohe Spannungen handelt, wie sie beispielsweise für die Fernübertragung elektrischer Energie mit hochgespanntem Gleichstrom in Betracht kommen. Bei mechanischen Schaltern wachsen die Schwierigkeiten mit zunehmender Spannung derart, daß der Bau von solchen Schaltern für Spannungen über einige Kilovolt hinaus nicht mehr lohnend ist. -Dagegen ist die Abschaltung von Gleichstromleitungen unter Last auch bei höchsten Spannungen möglich, wenn man, wie es bereits bekannt ist, eine in dem abzuschaltenden Stromkreis liegende Gas- oder Dampfentladungsstrecke durch die Ladungsänderung eines Kondensators löscht. Es ist bekannt, eigens für den Zweck der Leitungsunterbrechung in der Leitung eine Gas- oder Dampfentladungsstrecke anzuordnen, zu welcher die Reihenschaltung eines Kondensators mit -einer Hilfsschalteinrichtung parallel geschaltet ist. Die Hilfsschalteinrichtung kann dabei ebenfalls wieder als steuerbare Gas-oder Dampfentladungsstrecke ausgebildet sein. Damit diese Anordnung richtig arbeitet, ist es erforderlich, dem Kondensator eine Vorladung zu geben. Beim Schließen der Hilfsschalteinrichtung übernimmt dann der Kondensator vorübergehend die gesamte Stromführung, wodurch die im Zuge der Gleichstromleitung liegende Entladungsstrecke stromlos wird und erlischt. Die Vorladung des Kondensators setzt einen besonderen Ladestromkreis voraus, der vor Einleitung des eigentlichen Schaltvorganges zunächst unterbrochen "werden muß. Dadurch wird insbesondere bei hohen Spannungen der Aufwand unerwünscht vergrößert und außerdem die Betätigung der Schalteinrichtung erschwert und verzögert. Hier schafft die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung, und zwar nicht nur hinsichtlich der Betätigung, sondern auch in dem ganzen Aufbau der Schalteinrichtung insofern, als ein besonderer Ladekreis für den Kondensator in Fortfall kommt. Gemäß der Erfindung bildet der Kondensator mit einer Induktiv ität einen Reihenresonanzkreis, und außerdem ist die Reihenschaltung aus Hilfsschalteinrichtung und Kondensator parallel zu dem Verbraucher geschaltet.Device for interrupting DC circuits under load Es it is known that the disconnection of direct current lines under load causes considerable difficulties especially when it comes to very high voltages like her for example for the long-distance transmission of electrical energy with high-voltage direct current be considered. With mechanical switches, the difficulty increases with increasing difficulty Voltage such that the construction of such switches for voltages above a few kilovolts beyond is no longer worthwhile. -Otherwise is the disconnection of direct current lines under load even at the highest voltages possible if, as already known is a gas or vapor discharge path in the circuit to be switched off is extinguished by the change in charge of a capacitor. It is known specifically for the purpose of the line interruption in the line is a gas or vapor discharge path to be arranged to which the series connection of a capacitor with an auxiliary switching device is connected in parallel. The auxiliary switching device can at the same time again be designed as a controllable gas or vapor discharge path. So that these If the arrangement is working properly, it is necessary to pre-charge the capacitor admit. When the auxiliary switching device closes, the capacitor then takes over temporarily the entire current conduction, thereby reducing the in the course of the direct current line lying discharge path is de-energized and goes out. The precharge of the capacitor requires a special charging circuit, which is required before the actual Switching process must first be interrupted high voltages undesirably increases the effort and also the actuation the switching device difficult and delayed. Here the invention creates an essential one Simplification, not only in terms of operation, but also in that whole structure of the switching device insofar as a special charging circuit for the Capacitor fails. According to the invention, the capacitor forms with a A series resonant circuit is inductive, and the series connection is off Auxiliary switching device and capacitor connected in parallel to the consumer.

Die Verwendung von Resonanzkreisen in Verbindung mit Schalteinrichtungen, und zwar auch mit solchen, welche zur endgültigen Unterbrechung des Stromes eine Gas-oder Dampfentladungsstrecke benutzen, ist zwar schon bekannt. Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich jedoch nicht um die Unterbrechung von Gleichstromkreisen, sondern von Wechselstromkreisen, wobei der Kondensator mit einer Induktivität einen Spannungsresonanzkreis bildet, welcher parallel zu der Unterbrechungsstelle geschaltet ist. Wird die Unterbrechungsstelle geöffnet, so fließt der UVecliselstrom zunächst über den Resonanzkreis, bis dieser aufgeladen ist und einen weiteren Stromfluß sperrt. Hierbei wird also nicht, wie beim Erfindungsgegenstand, zuerst die Unterbrechungsstelle stromlos gemacht, sondern die Unterbrechung erfolgt bei vollem Strom, nur wird der Strom sofort von dem Parallelkreis, in dem der Kondensator liegt, übernommen. Sowohl hinsichtlich der Wirkung als auch hinsichtlich des Anwendungsbereiches unterscheidet sich also die bekannte Einrichtung grundsätzlich von der Erfindung.The use of resonance circuits in connection with switching devices, and also with those which lead to the final interruption of the current Using gas or vapor discharge paths is already known. With the well-known Facility, however, is not the interruption of DC circuits, but from alternating current circuits, the capacitor having an inductance Forms voltage resonance circuit, which is connected in parallel to the interruption point is. If the interruption point is opened, the UVeclisel current flows first via the resonance circuit until it is charged and blocks further current flow. In this case, the point of interruption is not the first, as is the case with the subject matter of the invention de-energized, but the interruption takes place at full current, only the Current is immediately taken over from the parallel circuit in which the capacitor is located. As well as differs with regard to the effect as well as with regard to the area of application So the known device basically differs from the invention.

Bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung kann die Induktivität einfach so in die Gleichstromleitung gelegt sein, daß sie auch mit dem Verbraucher in Reihe liegt. In diesem Fall kann bei über Gleichrichter gespeisten oder auf einem Wechselrichter arbeitenden Anlagen meist die ohnehin vorhandene Glät 1 tungsdrossel benutzt werden. Sobald der den Kondensator enthaltende Parallelzweig zum Verbraucher mitt-.ls eines besonderen Schalters, der vorzugsweise wiederum als steuerbare Entladungsstrecke ausgebildet sein kann, g; chlossen wird, so entsteht durch das Zusammenwirken von Induktivität und Kondensator eine gedämpfte Schwingung, die sich in der Gleichstromzuleitung dem Verbraucherstrom überlagert und zur Folge hat, daß nach einer bestimmten Zeit der Gesamtstrom durch Null hindurchgeht. In diesem Augenblick würde eine in der Gleichstromleitung liegende Gasentladungsstrecke erlöschen. Durch vorheriges Anlegen einer negativen Sperrspannung an das Steuergitter dieser Entladungsstrecke kann in bekannter Weise eine Wiederzündung verhindert «-erden. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltung dann, wenn der Verbraucher, wie es beispielsweise bei Kraftübertragungsanlagen mit hochgespanntem Gleichstrom stets der Fall sein dürfte, durch einen Wechselrichter gebildet wird, der ebenfalls mit steuerbaren Entladungsstrecken arbeitet. In diesem Fall kann nämlich der Schwingungskreis dazu benutzt werden. zunächst einmal die gerade brennenden Entladungsstrecken des Wechselrichters selbst zu löschen, worauf dann weiterhin auch noch Schaltröhren in den Gleichstromzuleitungen gelöscht werden können.In the switching device according to the invention, the inductance simply be placed in the direct current line in such a way that it is also connected to the consumer is in series. In this case it can be fed via rectifier or on a Inverter working systems usually use the smoothing throttle that is already in place to be used. As soon as the parallel branch containing the capacitor to the consumer by means of a special switch, which in turn is preferably used as a controllable discharge path can be designed, g; is closed, it arises through the interaction of Inductance and capacitor a damped oscillation, which is in the direct current feed line superimposed on the consumer current and has the consequence that after a certain time the total current passes through zero. At that moment one would be in the The gas discharge path lying in the direct current line is extinguished. By creating it beforehand a negative reverse voltage to the control grid of this discharge path can Prevents reignition in a known manner. Particularly beneficial is the circuit according to the invention when the consumer, as for example always be the case in power transmission systems with high-voltage direct current is likely to be formed by an inverter, which is also controllable with Discharge lines works. In this case, namely, the oscillation circuit can do so to be used. First of all, the currently burning discharge paths of the inverter delete it yourself, whereupon interrupters in the direct current supply lines continue can be deleted.

In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele hierfür angegeben.In the drawing, Ausführungsbei are given games for this.

In Fig. i sind die beiden Gleichstromleiter mit i und a bezeichnet. Als Verbraucher ist an sie ein Wechselrichter Tl'R angeschlossen. Die in der Zuleitung i liegende Glättungsdrossel besitzt eine Anzapfung und besteht somit aus zwei Hälften L1 und L_, an die der den Kondensator C enthaltene Parallelzweig zu dem Wechselrichter angeschlossen ist. In dem Parallelzweig liegt in Reihe mit dem Kondensator ein Schalter S3, der, wie oben bereits erwähnt, ebenfalls als steuerbare Entladungsstrecke ausgebildet sein kann. Weiterhin liegt in der Zuleitung i von dem Netz her gesehen vor der Induktivität L1 eine Gasentladungsstrecke Si.In Fig. I, the two direct current conductors are denoted by i and a. An inverter Tl'R is connected to it as a consumer. The one in the supply line i lying smoothing throttle has a tap and thus consists of two halves L1 and L_, to which the parallel branch containing the capacitor C to the inverter connected. In the parallel branch there is a switch in series with the capacitor S3, which, as already mentioned above, is also designed as a controllable discharge path can be. Furthermore, in the supply line i, seen from the network, lies upstream of the inductance L1 is a gas discharge path Si.

Zum Zweck der Abschaltung wird zunächst das Steuergitter der Entladungsstrecke S1 an negatives Potential gelegt und sodann das Schaltrohr S, gezündet. Es überlagert sich dann dem in S1 fließenden Gleichstrom i. noch der Kondensatorstrom ic, der, wie Fig. a zeigt, zunächst rasch ansteigt. Infolgedessen entsteht an der Drosselhälfte L1 eine Spannung, die der Netzgleichspannung entgegengerichtet ist. Eine Spannung der gleichen Richtung entsteht transformatorisch aber auch in dem Drosselteil L" so daß dem Wechselrichter lVR vorübergehend die Spannung entzogen wird und dieser bei negativer Beaufschlagung seiner Steuergitter erlischt. Nach einer Halbperiode der im Kondensatorkreis entstehenden Schwingung ist der Kondensatorstrom ic, wie F'ig. 2 zeigt, wieder bis auf Null heruntergesunken und versucht, seine Richtung umzukehren. In diesem Augenblick erlöschen auch die beiden Entladungsstrecken S1 und S3, und die Abschaltung ist vollzogen.For the purpose of disconnection, the control grid of the discharge path is first activated S1 placed at negative potential and then the switching tube S, ignited. It is superimposed then the direct current i flowing in S1. nor the capacitor current ic, which, as Fig. a shows, initially increases rapidly. As a result, occurs on the throttle half L1 a voltage that is opposite to the DC mains voltage. A tension the same direction arises in terms of transformation but also in the throttle part L " so that the inverter lVR temporarily the voltage withdrawn and this goes out when its control grid is negatively applied. To one half cycle of the oscillation in the capacitor circuit is the capacitor current ic, like fig. 2 shows dropped back to zero and tried his Reverse direction. At this moment the two discharge paths also go out S1 and S3, and the shutdown is complete.

Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. i nur dadurch, daß in der negativen Gleichstromleitung zwischen dem Wechselrichter und dem entsprechenden Anschluß des Parallelkreises noch ein weiteres Entladungsrohr S1, liegt, das zusammen mit den Entladungsstrecken des Wechselrichters erlischt, so daß nach Beendigung des ganzen Schaltvorganges der Wechselrichter mit beiden Klemmen von der Gleichstromquelle getrennt ist.Fig. 3 differs from Fig. I only in that in the negative DC line between the inverter and the corresponding connection of the Parallel circle still another discharge tube S1 lies, which together with the Discharge path of the inverter goes out, so that after completion of the whole Switching process of the inverter with both terminals from the direct current source is separated.

Die Kreisfrequenz des Schwingungskreises wird mit Rücksicht auf den Sperrvorgang im Wechselrichter zweckmäßig zu etwa 6ooo, gewählt, was einer Frequenz von etwa iooo Hz entspricht. Die Abschaltung vollzieht sich dann in Zeiten von ungefähr i ms.The angular frequency of the oscillation circuit is expediently chosen to be about 6ooo, taking into account the blocking process in the inverter, which corresponds to a frequency of about 10000 Hz. The shutdown then takes place in times of approximately 1 ms.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for interrupting DC circuits under load, in the case of a gas or dump discharge path in the circuit to be switched off is extinguished by the change in charge of a capacitor, preferably with a likewise designed as a controllable, gas or vapor discharge path auxiliary switching device is connected in series, which is open during normal operation and for initiation the shutdown process is closed, characterized in that the capacitor with an inductance a series resonance: circle forms and the series connection from auxiliary switching device and capacitor connected in parallel to the consumer is.

2. Device according to claim i, characterized in that the inductance, activity at such a point in the circuit that it is also connected to the consumer is connected in series.

3. Device according to claim 2, with an inverter as a consumer, characterized in that part of the inductance only with the Load is connected in series, so that the in this part when closing voltage induced by the oscillating circuit as extinction voltage for the currently burning Discharge paths of the inverter is used.

4. Device according to claim 3, characterized characterized in that also in the direct current line leading through the inductance Seen from the network, there is a discharge path in front of the inductance.

5. Device according to claim 4, characterized in that a further discharge path is located in the other power line between the inverter and the connection point of the parallel branch. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications have been considered in the procurement process: German patent specifications No. 148 io2, 395443, 449883, 506560, 514346, 561 286; British Patent No. 476 i2o; Elektrotechnische Zeitschrift 1935, p. I277.