DE969355C

DE969355C - Einrichtung zum Differential- und UEberstromschutz fuer Umformer, insbesondere Stromrichter

Info

Publication number: DE969355C
Application number: DES4638D
Authority: DE
Inventors: Ernst Schroeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-08-14
Filing date: 1942-08-14
Publication date: 1958-05-22

Description

Bei Umformern, durch die ein Wechselstromnetz mit einem Gleichstromnetz gekuppelt bzw. ein oder mehrere Gleichstromverbraucher aus dem Wechselstromnetz gespeist werden, steht die Eingangswirkleistung des Umformers stets in einem bestimmten Verhältnis zur Ausgangsleistung. Wenn dieses Verhältnis gestört wird, kann immer auf einen Fehler im Inneren des Umformers geschlossen werden. Auf dieser Eigenschaft beruht der häufig angewendete Differentialschutz. Es sind beispielsweise Anordnungen bekannt, die bei der Störung des Gleichgewichts der magnetischen Zugkräfte an einer Auslösevorrichtung eine Abschaltung bewirken. Diese Abschaltungsart hat sich bei Rückzündungen als zu langsam erwiesen. Es ist ferner bekannt, in den Anodenleitungen und in der Kathodenleitung eines Entladungsstromrichters je einen Stromwandler anzuordnen und die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen dieser Wandler zur Auslösung eines Schnellschalters durch Schwächung der Haltekraft eines von einem besonderen Steuer-Stromkreise gespeisten Haltemagneten zu benutzen. Der Differentialschutz schützt den Apparat aber nicht bei Kurzschlüssen oder Überlastungen, für die in vielen Fällen ein ebenso schnelles Ansprechen der Schutzeinrichtung erwünscht bzw. erforderlich ist. Gegenstand der Erfindung ist eine Schutzeinrichtung, bei der der Differentialschutz mit dem Überstromschutz in wirkungsvoller Weise vereinigt wird. Die

80S 515/65

Schutzeinrichtung nach der Erfindung kann in Verbindung mit einem Kurzschließer, wie er für Kontaktumformer angewendet wird, oder aber auch in an sich bekannter Weise in Verbindung mit Schnellschaltern 5 oder sonstigen Schaltern benutzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Betätigung von Schnellrelais, wie sie bei Stromrichtern zur Sperrung der zum Stromrichter gehörigen Entladungsstrecken bei Störungen angewendet werden.

ίο Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung unterscheidet sich von anderen Schutzeinrichtungen, denen die Aufgabe eines vereinigten Differential- und Überstromschutzes zugrunde liegt, dadurch, daß für beide Schutzarten ein gemeinsames Gerät, z. B. ein Kurzschließer oder ein Schnellrelais, vorgesehen ist mit einem Magnetkreis, auf dem zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen angeordnet sind, von denen die eine mit einem Strom erregt wird, der dem Strom auf der Wechselstromseite des Umformers verhältnisgleich ist, während die zweite Wicklung von einem Strom erregt wird, der mit dem Strom auf der Gleichstromseite des Umformers bis zu einem bestimmten Grenzwert verhältnisgleich anwächst, über diesen Grenzwert hinaus jedoch praktisch unverändert bleibt.

Die Erfindung hat gegenüber bekannten Schutzeinrichtungen den Vorteil der Einfachheit und außerdem den Vorteil einer weitgehenden Ausschaltung von Zeitverzögerungen bei der Betätigung der Schutzeinrichtung.

Die Erfindung sei an Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels und des zugehörigen Diagramms der Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Kontaktumformer KU dargestellt, welcher über eine Schaltdrossel SD und einen Transformator T an ein Drehstromnetz RST angeschlossen ist. Durch einen Kurzschließer if können die Kontakte des Kontaktumformers bei Störungen überbrückt werden. Der Anker des Kurzschließers K besitzt drei Betätigungswicklungen i, 2 und 3. Die Wicklung 1 ist an das Gleichstromnetz PN angeschlossen, kann aber auch aus einer unabhängigen, unveränderlichen Spannungsquelle gespeist werden. Die Wicklung 3 ist über einen Gleichrichter an Stromwandler auf der Wechselstromseite des Kontaktumformers angeschlossen, liefert somit eine Erregung, die dem Wechselstrom des Umformers verhältnisgleich ist. Die Wicklung 2 ist über einen Gleichrichter Gl und eine vormagnetisierte Drosselspule D an eine Wechselspannung RT angeschlossen. Die Vormagnetisierung für die Drosselspule D liefert der Ausgangsgleichstrom des Umformers. Der Strom in der Wicklung 2 nimmt wegen der vorgeschalteten Drossel D mit zunehmendem Gleichstrom des Umformers zu, jedoch derart, daß von einem bestimmten Grenzwert des Gleichstromes an infolge der Sättigung der Drosselspule praktisch keine weitere Zunahme mehr eintritt. Der Magnetkreis der Drosselspule ist dabei so bemessen, daß die weitere Zunahme des Stromes in der Wicklung 2 etwa dann aufhört, wenn der Gleichstrom den Wert der höchstzulässigen Belastung des Umformers erreicht hat.

Die Wirkungsweise der Schutzeinrichtung ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 2. In diesem Diagramm sind die auf den Kurzschließer K wirkenden Amperewindungsdrücke AW der drei Wicklungen 1, 2 und 3 eingezeichnet; die zugehörigen Kennlinien, welche die Abhängigkeit der Amperewindungen von dem Strom des Umformers darstellen, sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie die zugehörigen Wicklungen in Fig. i. Danach wird durch die Wicklung 1 der Kurzschließer im geöffneten Zustand bzw. ein Schnellschalter im geschlossenen Zustand gehalten. Die in Fig. 2 eingezeichnete strichpunktierte Linie 4 gibt die Grenze an, unterhalb deren der betreffende Schutzschalter, also im vorliegenden Fall der Kurzschließer K in Fig. 1, anspricht. Im gleichen Sinne mit der Wicklung 1 wirkt die Wicklung 2, welche gemäß Fig. ι über die vormagnetisierte Drosselspule D aus einer Wechselstromquelle gespeist wird. Aus dem Diagramm der Fig. 2 geht hervor, daß im Leerlauf des Umformers KU ein bestimmter Kleinstwert des Erregerstromes fließt, daß dieser Strom in der Wicklung 2 mit zunehmender Belastung des Umformers allmählich anwächst und daß bei Vollast und darüber hinaus die Amperewindungen, welche von der Wicklung 2 auf den Kurzschließer ausgeübt werden, praktisch unverändert bleiben. Die Summenwirkung der beiden Wicklungen 1 und 2 ist im Diagramm der Fig. 2 angegeben. Beiden Wicklungen entgegen wirkt die Wicklung 3, deren Erregerstrom der Stromaufnähme des Umformers verhältnisgleich ist. Die in Fig. 2 mit 1+2+3 bezeichnete Kennlinie gibt die Gesamtwirkung der drei Wicklungen 1, 2 und 3 an.

Wenn nun angenommen wird, daß in dem Umformer ein äußerer Fehler, beispielsweise ein Kurzschluß im Gleichstromnetz PN, auftritt, so löst der Kurzschließer K in der Schaltung der Fig. 1 bei dem in Fig.2 mit A bezeichneten Punkt oberhalb der Vollast (100 %) des Umformers aus. Tritt dagegen eine Störung im Innern des Umformers auf, so steigt zwar der Strom auf der Wechselstromseite des Umformers an, der Strom auf der Gleichstromseite dagegen nicht. Die Vormagnetisierungswicklung der Drosselspule D wird Null oder ändert sogar ihre Richtung. In diesem Fall folgt die Summe der auf den Kurzschließer if einwirkenden Amperewindungen der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Kennlinie 5. Der Kurzschließer wird in diesem Fall bei dem Punkt B ausgelöst, spricht also bei einem Wert des Belastungsstromes des Umformers an, der wesentlich kleiner ist als derjenige des Auslösepunktest.

Die beiden Auslösepunkte A und B in dem Diagramm der Fig. 2 lassen sich je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen auf verschiedene Werte des Belastungsstromes des Umformers einstellen. Die Anfangswerte bzw. Leerlaufwerte der Wicklungen sind maßgebend für die Geschwindigkeit, mit der der Umformer bei inneren Störungen ausgelöst wird. Der Anschluß der Wicklung 1 an das Gleichstromnetz des Umformers hat dabei den Vorteil, daß der Punkt B bei noch niedrigeren Belastungsströmen liegt, weil die Amperewindungen der Wicklung 1 beim Ausbleiben der Gleichspannung des Umformers abnehmen.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist angenommen, daß die drei Wicklungen 1, 2 und 3 unmittelbar auf den Anker des Kurzschließers K einwirken. Die gleiche

Wirkung läßt sich auch dadurch erzielen, daß die drei Wicklungen auf einem Magnetkreis angeordnet sind, der seinerseits über einen Gleichrichter mit der Betätigungswicklung eines elektromagnetischen Schalters verbunden ist. Wesentlich ist in beiden Fällen, daß die von den Strömen auf der Wechselstromseite und auf der Gleichstromseite des Umformers abhängigen Erregerwicklungen der Schutzeinrichtung auf ein und denselben Magnetkreis einwirken.

ίο Die Wirkung der Wicklung ι des Kurzschließers K kann auch durch Federkraft oder Schwerkraft des benutzten elektromagnetischen Schalters ersetzt werden.

Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung kann auch für den Schutz eines Motorantriebes verwendet werden, bei dem ein Gleichstrommotor über einen Stromrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Bei einer solchen Anlage muß ein in der Kathodenleitung eingebauter Schnellschalter nicht nur bei Rückstrom, sondem mit Rücksicht auf eine gegebenenfalls bei Bremsbetrieb, d. h. Wechselrichterbetrieb, stattfindende Durchzündung auch bei Vorwärtsstrom schnell auslösen, weil, abgesehen von einer starken Überlastung des Stromrichtergefäßes, der Kollektor des Motors gefährdet werden kann. Wendet man hier die Schutzeinrichtung nach der Erfindung an, so hat dies den Vorteil, daß die Ansprechpunkte für Rückstromauslösung und Vorwärtsstromauslösung verschieden eingestellt werden können (vgl. die Betriebspunkte A und B in dem Diagramm der Fig. 2).

Die Anwendung der Schutzeinrichtung nach der Erfindung bei Gleichrichtern hat noch folgende Vorteile : Es hat sich gezeigt, daß in Gleichrichteranlagen infolge Induktivitäten im Gleichstromkreis die Stromumkehr verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch nimmt. Da bei Anlagen mit schwankender Belastung aber ein Auslösen erst beim Vorhandensein eines Rückstromes stattfinden darf, weil der Stromrichter auch ohne Belastung arbeiten muß, kann bei Anwendung der Erfindung die für die Stromumkehr erforderliche Zeit eingespart werden, wodurch der von parallel laufenden Gleichrichtern zu erwartende Stromstoß auf die Gleichrichter und die zugehörigen Transformatoren erheblich eingegrenzt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Differential- und Überstromschutz für Umformer, insbesondere Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Schutzarten ein gemeinsames Gerät, z. B. ein Kurzschließer oder ein Schnellrelais, vorgesehen ist mit einem Magnetkreis, auf dem zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen angeordnet sind, von denen die eine mit einem Strom erregt wird, der dem Strom auf der Wechselstromseite des Umformers verhältnisgleich ist, während die zweite Wicklung von einem Strom erregt wird, der mit dem Strom auf der Gleichstromseite des Umformers bis zu einem bestimmten Grenzwert verhältnisgleich anwächst, über diesen Grenzwert hinaus jedoch praktisch unverändert bleibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis eine zusätzliche Erregung trägt, die an eine unveränderliche Spannung, vorzugsweise die Ausgangsgleichspannung des Umformers, angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gleichstrom des Umformers abhängige Erregerwicklung über einen Gleichrichter und eine vormagnetisierte Drosselspule an eine unveränderliche Wechselspannung angeschlossen ist, wobei die Drosselspule durch den Gleichstrom des Umformers derart vormagnetisiert wird, daß der über die Drossel von der Erregerwicklung aufgenommene Strom von einem Anfangswert ausgehend mit dem Gleichstrom zunächst anwächst, dann aber praktisch unverändert bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 530 231, 536 535, 9^0I> 57^{6 I26}> ⁶38 426, 639 323;
österreichische Patentschrift Nr. 134 191;
ETZ, 1937, H. 49, S. 1309 bis 1313.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen