DE761963C - Kondensatorschalter - Google Patents

Description

In Kraftübertragungsanlagen, die mit hochgespanntem Gleichstrom arbeiten, ist dias Unterbrechen des· Gleichstromkreisesi unter Last und insbesondere im Kurzschluß fall mit gewöhnlichen' Schaltern wegen der hier in Betracht kommenden hohen Spannungen von mehreren iookV nicht mehr möglich. Dah gegen ist zu diesem· Zweck eine Schalteinrichtung brauchbar, die im- folgendem kurz als Kondlensatorschalter bezeichnet! werdenf soll, Hierunter ist folgende Anordnung zu verstehen: Im Zuge der Gleicbsitromleitumg liegt ein steuerbares Entladungsgefäß^ mit Gaisn oder Dampffüllung, im folgenden als· Hilfsrohr bezeichnet, zu welchem ein Umlenkkreis parallel geschaltet ist, der seinerseits» im wesentlichen aus der Reihenschaltung eines vorgeladenen] Kondensators unid eines· weiteren, ebenfalls steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsgefäßes besteht. Diese®¹ letztere Entladungsgefäß soll kurz als Schaltrohr bezeichnet werden. Außerdem wird in dien Umlenkkreis zweckmäßig noch ein Dämpfungsiwiderstanid geschaltet, und schließlich können in den verschiedenen Stromzweigen noch gewohnliche Drosseln oder Drosseln bestimmten SättigungSiverhaltenis liegen/, wodurch besondere Anforderungen hinsichtlich der Sperr-

beanspruchung der Entladungsgefäße erfüllt werden können. Dabei kann: der Verbraucher entweder in Reihe mit dar aus dem Hilfsgefäß und dem dazu parallel liegenden Umlenkkreis bestehenden Gesamtanordnung des Kondensatorschalters angeordnet sein. (Reihenkondensatorschal t-er), er kann aber auch in Reihe mit dem Hilfsgefäß allein parallel zum Umlenkkreis liegen (Parallelkondensatorschalter). ίο Im letzteren Fall kann das Hilfsgefäß unter Umständen sogar ganz entbehrt werden, wenn beispielsweise eine Entladungsstrecke des am Ende der Übertragungsleitung liegenden Wechselrichters diese Funktion übernimmt. Die Erfindung bezieht sich auf die Bemessung des Kondensatorschalters und die Ausbildung der Steuermittel für das selbsttätige Zünden des Sch.altroh.res mit Rücksicht auf das Abschalten von Kurzschlußströmen. Der Kurzschlußstrom kann in einer Gleichstrom - Hochspannung» - Kraftübertragungs anlage außerordentlich große Werte annehmen, da an dem Wechselrichter Störungen auftreten können., welche zur Folge hallen, daß die Gegenspannung des Wechselrichters mit umgekehrtem Vorzeichen in Erscheinung tritt, sich also zu der Gleichspannung¹ des Gleichrichters am anderen Ende der Übertragungsleitung addiert.

Im folgenden möge der \^rerlauf des Abschaltvorganges an einem Reihenkondensatorschalter betrachtet werden. Zunächst brennt allein das Hilfsrohr, während das Schaltrohr noch gesperrt bzw. noch nicht gezündet ist. Der Kondensator ist dabei auf eine bestimmte Spannung vorgeladen, und zwar so, daß sich seine Spannung in bezug auf den äußeren Gleichstromkreis zu der Spannung des speisenden Gleichrichters addiert. Wird jetzt das Schaltrohr freigegeben bzw. gezündet, so spielt sich zwischen dem Umlenkkreis und dem Hilfsrohr ein Stromübernahmevorgang ab, der in Form einer gedämpften Schwingung verläuft. Solange das Hilfsrohr noch brennt, ist die Spannung an; ihm und damit die Spannung an den Anschlußpunkten des Umlenkkreises gleich der Brenn spannung und somit bei den hier vorkommenden Betriebsspannungen praktisch vernachlässigbar. Infolgedessen wird der Stromverlauf in dem Gleichstromkreis durch den im Umlenkkreis einsetzenden Schwingungsvorgang, solange das Hilfsrohr brennt, in keiner Weise beeinflußt. Für diesen Schwingungsvorgang, insbesondere für das Ansteigen des Stromes im Umlenkkreis und dessen maximale Höhe, sind also nur die elektrischen Daten des Umlenkkreises und etwaiger, zwischen den Anschlußpunkten des Umlenkkreises an die Gleichstromleitung" liegender Schaltungsteile maßgebend. Der Verlauf der Schwingung hängt dabei, wie sich nachweisen läßt, vor allem von der Vorladung des Kondensators sowie von dessen Kapazität ab.

Xun ist. da der Strom in der Gleichstromleitung von dem Strom im Umlenkkreis zunächst nicht beeinflußt wird, die Summe des Stromes im Umlenkkreis und des noch ül)er das Hilfsrohr fließenden Stromes gleich dem Gleichstrom. Die Wirksamkeit des Kondensatorschalters setzt voraus, daß der gesamte Leitungsstrom nach einiger Zeit von dem Umlenkkreis übernommen wird, so daß das Hilfsrohr stromlos wird und erlischt. Der Strom im Hilfsrohr wird aber nur dann bis [ auf XuIl herabgesetzt, wenn der Strom im j Umlenkkreis im Verlauf der durch das Zünden des Schaltrohres eingeleiteten Schwingung bis auf den Wert des Leitungsstromes ansteigt, wobei zu bedenken ist. daß im Kurzschlußfall der Leitungsstrom seinerseits auch sehr stark ansteigen kann. Da, wie schon gesagt, der im Umlenkkreis ablaufende Schwiragungsvorgang von der Größe und der Vorladung, allgemein gesprochen also von der Bemessung des Kondensators abhängt, so gibt es für jede Kondensatorbemessung bei sonst unveränderten elektrischen Daten einen ganz bestimmten maximalen Lei tu mgs st rom, der von dem Umlenkkreis überhaupt ül>ernommen werden kann, oder anders ausgedrückt, bei dem das Hilfsrohr noch zum Erlöschen gebracht wird.

Die Erfüllung dieser Bedingung reicht allerdings noch nicht aus. um eine Unterbrechung der Gleichstromleitung durch den Kondensatorschalter sicher zu erreichen. Es muß nämlich noch für das Hilfsrohr eine gewisse Entionisierungszeit zur Verfugung gestellt werden, d. h. es muß an dem Hilfsrohr zwischen dem Xulldurchgang des Stromes und dem Wiederkehren der Spannungsbeanspruchung in der Durchlaßrichtung eine bestimmte Zeitspanne vergehen, die etwa io~³ bis 10—⁴ Sekunden beträgt. Da die Spannung an dem Hilfsrohr gleich der Kondensatorspannung abzüglich des Ohmschen und gegebenenfalls auch des induktiven Spannuragsabfalles in dem Umlenkkreis ist. so bedeutet dies, daß der Kondensator l>eim Erlöschen des Hilfsrohres noch eine gewisse Mindestladung mit dem ursprünglichen Vorzeichen besitzen muß. Denn wenn die Kondensatorladung in diesem Augenblick schon zu weit abgeklungen ist, so kann sich die Differenz zwischen 1x5 ihr und den genannten Spannungsabfällen bereits umgekehrt haben und somit für das Hilfsrohr start der Spannungsbeanspruchun« in der Sperrichtung eine solche in der Durchlaßrichtung darstellen. Dabei ist zu l>eachten, daß von dem Augenblick an, in dem das Hilfsrohr erlischt, nunmehr der ganze Gleichstrom-

kreis mit in dien Sehwingungskreis eingeschaltet ist, so· daß nunmehr die Schwingung nach einem anderen Gesetz, verläuft als. vorher. Auf jeden Fall ist aber auch jetzt für die Bereitstellung eimer hinreichenden Entioniisierungszeit für das Hilfsirohr die Bemessung und die Vorladung des Kondensators· mitentscheidend.

Von wesentlichem Einfluß diarauf, ob die

ίο Abschaltung endgültig erfolgt oder ob der Kurzschlußstrom gar nicht übernommen werden kann bzw. das Hilfsrohr infolge unzureichender Ent ionisier ungszeit von neuem wieder zündet, ist¹ aber auch noch der Zeitpunkt, zu welchem nach Eintreten des Störungsfalles der Übernahmevorgang zwischen Umlenkkreis und Hilfsrohr eingeleitet wird. Erfolgt nach Eintreten der Störung die Zündung des Sehaltrohres -so sipät, daß in. dem Zeitpunkt, in welchem der Strom in dem Umlenkkreis seinen Höchstwert erreicht, der Kurzschlußstrom bereits, nahezu seinen statdonären Wert erreicht hat, so muß der Kondensator so. bemessen werden, daß. der Maximaltwert des Stromes, im Umlenkkreis höher liegt als der stationäre Kurzsehlußstrom. Wird dagegen der durch: das Zünden des Schaltrohres ausgelöste Schiwingungsvo'rgang näher an dien Einsatzzeitpunkt des Kurzschlußstromes. herangerückt, so spielt sich der Übernahmevorgang in Bereichen ab, wo der Kurzschlußstrom noch nicht so· hohe Werte erreicht hat, und es gelingt dann, die. Abischaltung zu vollziehen, auch wenn der Maximalwert der Stromschwingung in dem Umlenkkreis wesentlich unter dem stationären Wert des Kurzschlüßstromes liegt.

Die Erfindung schlägt deshalb vor, den Kondenisatorscbalter für einen maximalen Übernahmestrom· zu bemessen, der kleiner ist als der sich im ungünstigsten Störungsfall einstellende stationäre Überstrom in der Gleichstromleiitung, und die Zeitverzögerung, mit der die Steuermittel· für das· Schaltrohr nach Eintritt der Störung dessen Zündung bzw. Freigabe bewirken, in bezug auf die Zeitkonistante des. Kurzschlußkreises so klein zu bemessen, daß die Stromkurve der bei der Zündung des Schaltrohres im Umlenkkreis einsetzenden Schwingung die Anstiegskurve des Uherstroimes schneidet. Die Freigabe des Schaltrohres' erfolgt dabei ins bekannter Weise bei Verwendung eines gittergesteuerten Ge*- fäßes durch Anlegen einer positiven Gitter-Spannung an das Steuergitter oder durch eine zumindest kurzzeitige Beaufschlagung des Gitters mit einem positiven Spannungsstoß, bei Verwendung¹ einesi Entladungsgefäßes mit Initialzündung durch entsprechende Speisung der Zündelektrode mit einer positiven Spannung, die beispielsweise über ein gdttergesteuertes; Hilfsentladungsgefäß einem Kondensator entnommen werden kann.

Das' Anlegen der positiven¹ Steuerspannung kann entweder durch ein. Schnei !relais- erfolgen, das auf irgendeine durch die Störung beeinflußte Meßgröße oder auf die Änderung derselben anspricht, z. B. auf Überschreitung eines bestimmten Strömwertes, auf die Strornänderung oder den Spannungszusammenbruch bei Kurzschlüssen oder ähnlichen Störungen. Mit einem solchen Schnell relais kann man die Größenordnung der Zeitdauer zwischen Beginn der Störung und Freigabe des Schaltrohres bis auf etwa 1 ms herunterdrücken. Noch kürzere Zeiten kann man erreichen, wenn¹ man den positiven· Zündimpuls unmittelbar von der Störung ableitet. Hierfür sind in den Zeichnungen Ausführungsbeispiele geh zeigt. Diese beziehen sich- wiederum auf einen Reihenko'ndlensatorschalter. Die gleichen Grundgedanken lassen sich jedoch in sinro- , gemäßer Übertragung auch auf den Parallelkondiensatorschalter anwenden. Die gezeigten Schaltungen bedürfen unter Umständen noch einer Verfeinerung zwecks Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse des Einzelfalles, wobei z. B. die Zwischenschaltung von Elektronenröhren oder gasgefüllten Hilfsentladungsr gefäßen in den Steuerkreisen; notwendig werden kann.

In Fig. ι ist in die Gleichstromleitung G ein gas- oder diampfgefülltes. Entladungsgefäß H geschaltet, das hier als Hilfsrohr für den Kondensatorschaltier dient. Das Gitter dieses Rohres liegt während des Abschaltvorganges an negativem Potential gegenüber der Kathode. Nähere Einzelheiten der Steuerschaltung für das Gitter des Hrlfsrohres sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es ist klar, daß auch die Möglichkeit vorgesehen sein muß, das Gitter positiv zu beaufschlagen, um das Hilfsrohr zum Zweck der Einschaltung des Gleichstromes zu zünden¹.

Parallel zu dem Hilfsirohr H liegen in Reihe miteinander der Kondensator C, ein Dämpfungswiderstand R und das ebenfalls gasgefüllte! Schaltröhre. Der Kondensator ist mit dem angegebenen Vorzeichen, vorgeladen. Zwischen Gitter und Kathode dies Schaltrohres 5 liegt außer einer nicht näher bezeichneten negativen Sperrspannungsquelle und einem Gitterwiderstand ein: Meß widerst and M, der in die Gleichstromleitung geschaltet ist. Die Freigabe des Schaltrohres. ^ beim Anwachsen des Stromes/_g in der GIe ich stromleitung G erfolgt somit, sobald der Strom /_s einen bestimmten Höchstwert überschritten hat. An Stelle des Meßwiderstandes M kann beispielsweise zwecks elektrischer Trennung des Gitterkreises vom Hauptkreis oder zwecks besserer Anpassung auch ein Gleichstrom-

wandler mit senkuiidärem Belastungswiderstand verwendet werden.

In Fig. 2 ist der Meßwiderstand M ersetzt durch eine Drosselspule D₁ die gleichzeitig j auch für andere Zwecke, z. B. als Glättungs- \ drossel, verwendet werden kann. Die Span- j nung an der Drosselspule ist im Beharrungs- I zustand gleich Null. Bei plötzlichem Anstieg | des Stromes J_g entsteht jedoch an der Drossel ίο eine positive Spannung, die das Schaltrohr .S" zündet. An Stelle des unmittelbaren Anschlusses des Gitterkreises des Schaltrohres .S" an die Drossel kann aus den zu Fig. r schon genannten Gründen- auch der Anschluß der Drossel an den Gitterkreis über einen Spannungstransformator treten.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 liegt an dem Gitter des Schaltrohres 5" die Differenz einer positiven Gittervorspannung und eines ao an einem Spannungsteiler St abgegriffenen negativen Anteils der Betriebsspannung. Tritt eine Störung ein, so nimmt die Spannung im Gleichstromkreis ab, der negative Anteil der Gitterspannung des Schaltrohres sinkt und dieses zündet. An die Stelle des linken Teiles des Spannungsteilers kann auch hier ein Gleichstromwandler mit sekundärem Belastungswiderstand treten.

In Fig. 4 wird endlich die Gittervorspannung des Schaltrohres aus einer negativen Vorspannung und der Sekundärspannung eines Spannungstransformators T gebildet, der primär von dem Strom eines Meßwiderstandes M₁ durchflossen wird. Bei plötzlicher Absenkung der Spannung, die auch ein Absinken des Stromes im Meßwiderstand zur Folge hat, wird in der Sekundärwicklung des Transformators T ein positiver Spannungsstoß induziert, durch den das Schaltrohr gezündet wird. Unter Umständen kann auch hier an Stelle des Spannungstransformators eine einfache Drossel oder eine Drossel mit parallel geschaltetem Spannungswandler treten. In entsprechender Weise kann auch eine Auslösung des Kondensatorschalters in Abhängigkeit von anderen Meßgrößen oder Störungseinflüssen vorgenommen werden, sofern nur die obengenannte Bedingung bezüglich der Kommandozeit innegehalten wird. Bei Verwendung eines Schaltrohres mit Tauchzündersteuerung wird man, wie bereits früher angedeutet, wegen des ziemlich hohen Zünderstromes die Auslösespanniung zweckmäßig nicht unmittelbar auf den Zünder selbst wirken lassen, sondern durch sie lediglich den Zihidstrom mittelbar auslösen, indem man z. B. das Gitter eines Hilfsrohres freigibt, über das dann die Entladung eines Kondensators auf den Zünder erfolgt. Werden gittergesteuerte Gefäße als Schaltrohr benutzt, so empfiehlt es sich, für eine selbsttätige Abschaltung des Erregerlichtbogens unmittelbar im Anschluß an die Zündung des Rohres Sorge zu tragen.

Claims (5)

1. 65 Patentansprüche:

   r. Kondensatorschalter zum Unterbrechen des Gleichstromkreises von Gleichv strom-Hochspannungs-Kraftübertragungsanlagen im Störungsfall, bestehend aus einem in der Gleichstromleitung liegenden steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsgefäß (Hilfsrohr) und einem dazu parallel geschalteten Umlenkkreis, der die Reihenschaltung eines vorgeladenen Kondensators mit einem weiteren steuerbaren Gasoder Dampfentladungsgefäß (Schaltrohr) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er für einen maximalen Übern ah me st rom bemessen ist, der kleiner ist als der sich im ungünstigsten Störungsfall einstellende stationäre Überstrom, und daß die Zeitverzögerung, mit der die Steuermittel für das Schaltrohr nach Eintritt der Störung dessen Zündung bzw. Freigabe bewirken, in bezug auf die Zeitkonstante des Kurzschlußkreises so klein bemessen ist, daß die Stromkurve der bei der Zündung des Schaltrohres im Umlenkkreis einsetzenden Schwingung die Anstiegskurve des Überstromes schneidet.
2. 2. Kondensatorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen der Zündspannung an die Steuerelektrode des Schaltrohres ein Schnellrelais dient.
3. 3. Kondensatorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung an einem in der Gleichstromleitung oder an der Spannung zwischen den Gleichstromleitern liegenden Ohmsehen Widerstand abgegriffen wird.
4. 4. Kondensatorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung des Schaltrohres an einer in der Gleich st rom leitung oder an einer in Reihe mit einem Ohmschert Widerstand zwischen den Gleichstromleitern liegenden¹ Drossel, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Spannungstransformators, abgenommen wird.
5. 5. Kondensatorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zürwl· spannung für das Schaltrohr von einem Spannungstransformator geliefert wird, dessen Primärwicklung in der Gleichstromleitung oder über einen Ohmschen Widerstand an der Spannung zwischen den Gleichstromleitern liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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