SE451520B

SE451520B - Skyddsanordning for ett seriekondensatorbatteri

Info

Publication number: SE451520B
Application number: SE8502364A
Authority: SE
Inventors: L Stenstrom
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1985-05-13
Publication date: 1987-10-12
Also published as: CA1276967C; SE8502364D0; SE8502364L; US4703385A

Description

10 451 520 2 oxidvaristorer i form av keramiska block. Parallellt med denna motstånds- anordning anordnas vanligen ett med forcerad triggning försett skyddsgnist- gap. Kostnaden för motståndet hålls nere genom att det dimensioneras för att endast absorbera en begränsad energimängdr När den absorberade energin överskrider den genom dimensioneringen förutbestämda nivån, aktiveras paral- lellgnistgapet, vilket sedan släcks genom yttre strömbrytning eller shunt- ning. Olika trigganordningar för ett skyddsgnistgap av nämnda slag är kända.

Vid en i US-patentskriften U 17U 529 beskriven anordning tas energin för triggning av gnistgapet från en i serie med motståndet anordnad strömtrans- formator. Eftersom triggningen kan kräva relativt hög effekt får denna transformator hög typeffekt och blir därför dyrbar. Vid andra kända anord- ningar (se t ex svenska patentansökningen 8303M81-9) används speciella triggkretsar med hjälpgnistgap av det slag som ingår i äldre ventilavledare med kiselkarbidvaristorer. Eftersom moderna ventilavledare är uppbyggda av zinkoxidvaristorer utan seriekopplade gnistgap, har behovet av dessa gnist- gap minskat avsevärt. Detta har medfört att det inte längre finns marknads- mässigt underlag för en rationell tillverkning av_sådana gap. Man strävar därför efter att även i skyddsanordningar av det slag som föreliggande upp- finning hänför sig till slippa använda hjälpgnistgap.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en skyddsanordning av ovannämnda slag som är relativt enkel och driftsäker och vid vilken trigg- ningen av skyddsgnistgapet sker direkt utan användning av hjälpgnistgap.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom en skyddsanordning som kännetecknas av att dess gnistgapsanordning innefattar minst två seriekopplade gnistgap med styrimpedanser, och att transformatorns högspänningssida är i serie med en metalloxídvaristor ansluten över det ena gnistgapet och dess styrimpedans, varvid transformatorn är så kopplad, att den av transformatorn alstrade hög- spänningspulsen är i motfas till spänningen över kondensatorbatteriet.

Vid en skyddsanordning av detta slag uppnås på enkelt sätt en säker trigg- ning av huvudgnistgapen utan att man behöver gå vägen över speciella trigg- kretsar med hjälpgnistgap., FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning. ., p t» s 451 520 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I ritningen visas ett seriekondensatorbatteri C1-C5 som är inkopplat i en högspänningsledning L. Kondensatorbatteriet är endast schematiskt visat och i verkligheten kan var och en av kondensatorerna C1-C5 bestå av ett större antal serie- och/eller parallellkopplade kondensatorenheter. För skydd av kondensatorbatteriet mot överspänningar är parallellt med batteriet anslutet ett av zinkoxidvaristorer uppbyggt spänningsberoende motstånd Z6. motståndet Z6 kan endast uppta en begränsad energimängd, och för att skydda motståndet mot överbelastning är parallellt med detta en triggad gnistgapsanordning bestående av två seriekopplade gnistgap G1, G2 anordnad. Dessa gnistgap kan lämpligen utgöras av kulgap och är dimensionerade att tåla relativt stora strömmar (t ex 40 kA) med relativt lång varaktighet (t ex 0,2 s). Spänninge- delningen mellan gnistgapen åstadkommas med hjälp av styrimpedanser Z1, Z2 bestående av kondensatorer eller olinjära motstånd. Ofta är gnistgap av detta slag inneslutna i ett metallhölje, där anslutningen till den ena gnistgapselektroden sker via en kondensatorgenomföring. I sådana fall kan erforderlig spänningsdelning eventuellt erhållas genom kondensatorgenom~ föringarna utan att separata styrimpedanser behöver användas. Gnístgapet G2 är försett med en tändelektrod TE.

I serie med gnistgapsanordningen G1, G2 är en dämpkrets D1, D2 anordnad för att begränsa kondensatorströmmens amplitud när gnistgapen tänds. Likaså kan på i och för sig känt sätt parallellt med gnistgapsanordningen en förbigångs- brytare anordnas, vilken sluts en viss tid efter det att gnistgapen tänts, varigenom gapen skyddas mot överbelastning.

En pulstransforamtor TR har sin högspänningslindning ansluten till gnist- gapet G2 via en zinkoxidvaristor Z5 och två motstånd Z3 och Zn, som antingen kan vara linjära motstånd eller olinjära motstånd med låg exponent, t ex kiselkarbidvaristorer. Transformatorns TR lågspänningslindning är via ett kopplingsorgan T1, T2 ansluten till en i kondensatorbatteriet ingående kondensator C5. Kopplingsorganet T1, T2 kan som visas i figuren utgöras av två antiparallellkopplade tyristorer. Alternativt kan dock något annat kopplingsorgan användas, t ex en s k triac, dvs en i båda riktningarna styr- bar tyristor.

Initiering av gnístgapens triggning sker med hjälp av en överlastdetektor CU som direkt eller indirekt avkänner motståndets Z6 temperatur, dess upp- 451 520 1, tagna energi eller strömmen genom detta. För detta ändamål används en signal i, som är proportionell mot strömmen genom motståndet och som erhålles med hjälp av en i serie med motståndet inkopplad strömtransformator CT.

När temperaturen hos motståndet Z6 eller när motståndets upptagna energi under ett felförlopp överskrider en förutbestämd nivå tillförs tyristorerna T1 och T2 tändpulser t1 och t2 från överlastdetektorn CU. Därvid erhålles en spänníngspuls ut från transformatorns TR högspänningssida. Kopplingen av transforamtorn TR är så vald att denna spänning är i motfas till spänningen över seriekondensatorn C1-C5. P g a ZnO-varistorns ZS kraftiga olinjaritet förorsakar spänningspulsen bara en liten spänningsstegring över Z5. I stäl- let tvingas spänningen ned över styrimpedansen Z2 och vidare mot motsatt polaritet. Spänningen över styrimpedansen Z1 ökar därför tills gnistgapet G1 tänder. Strömmen begränsas sedan genom impedanserna Z3, ZH och Z5 till några 100 A innan gnistgapet G2 tänder. För att underlätta tändningen av G2 är en triggelektrod TE kopplad över impedansen Z3. Impedanserna Z3 och ZH har lägre exponent än Z5, varför spänningen före tändning av gnistgapet G1 i huvudsak upptas av Z5. Då strömmen ökar kraftigt efter tändning av G1 ökar spänningen också över impedansen Z3 tills triggelektroden TE tänder och joniserar gapet G2, vilket underlättar tändningen av detta gap.

Vid_normal driftspänning fungerar zinkoxidvaristorn Z5 i princip som en kondensator, som är så liten, att den inte påverkar spänningsdelningen mellan gnistgapen.

Uppfinningen är inte begränsad till det visade utföringsexemplet utan flera varianter är möjliga inom ramen för patentkraven. Exempelvis är motståndet Z3 och gnistgapets G2 tändelektrod TE inte absolut nödvändiga. Vidare be- höver inte kondensatorn C5 direkt ingå i seriekondensatorbatteriet utan kan alternativt utgöras av en separat anordnad kondensatorenhet. m”

Claims

5 451 520 PATENTKRAV

1. Skyddsanordning för ett seriekondensatorbatteri (CI-C5);i ett högspän- ningsnät (L), vilken anordning innefattar ett parallellt med kondensator- batteriet anordnat spänningsberoende motstånd (Z6), en parallellt med mot- ståndet anordnad gnistgapsanordning (G1, G2) för shuntning av motståndet vid överbelastning av detta, en överlastdetektor (CU) för motståndet samt en- pulstransformator (TR) för alstring av högspänningspulser för triggning av gnistgapsanordningen, varvid transformatorns lågspänningssida är ansluten till en under drift uppladdad hjälpkondensator (C5) via ett normalt öppet kopplingsorgan (T1, T2), vilket är styrt av överlastdetektorn på sådant sätt, att det slutes om motståndets temperatur, energiupptagning eller strömmen genom detta överstiger en förutbestämd nivå i och för triggning av gnistgaps- anordningen, k ä n n e t e c k n a d därav, att gnistgapsanordningen inne- fattar minst två seriekopplade gnistgap (G1, G2) med styrimpedanser (21, Z2), och att transformatorns högspänningssida är i serie med en metalloxidvaristor (Z5) ansluten över det ena gnistgapet (Gâàwech dess styrimpedans (Z2), var- vid transformatorn (TR) är så kopplad, att den av transformatorn alstrade högspänningspulsen är i motfas till spänningen över kondensatorbatteriet (c1-c5).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att i serie med metalloxidvaristorn (Z5) i pulstransformatorns (TR) högspän- ningskrets anordnats minst ett linjärt motstånd (Zü).

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att i serie med metalloxidvaristorn (Z5) i pulstransformatorns (TR) högspån- ningskrets anordnats minst ett olinjärt motstånd (ZU), vilket har lägre exponent (är mindre spänningsberoende)änxnetalloxidvaristorn (Z5).

H. Anordning enligt patentkrav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att det gnistgap (G2) över vilket transformatorns (TR) högspännings- krets är ansluten är försett med en triggelektrod, som är kopplad till en punkt belägen mellan två seriekopplade motstånd (Z3, ZN) i transformatorns högspänningskrets.

S. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d därav, att nämnda hjälpkondensator (C5) ingår i seriekondensator- batteriet (C1-C5). 451 520 6

6. Anordning enligt något av föregående patentkráv, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kopplingsorganet (T1, T2) Utgöres av en i båda riktningarna styrbar tyristórkoppling. n;