SE518282C2 - Sätt att skydda strömgenerator för likström mot överspänning vid lastbortfall - Google Patents

Description

518 282 2 De komponenter som ingår i anvisade utrustningar har dock vanligtvis ganska begränsad tàlighet mot överspänning och kan förstöras termiskt på ganska kort tid. Detta innebär att ett totalt bortfall av lasten kan medföra att utrustningen skadas allvarligt inom ett tidsintervall som är kortare än det som behövs för att säkerhetssystemen skall hinna bryta spänningsmatningen.

I ett allmänt fall kan lastbortfall antingen bero på att något inträffar under drift som innebär att kontakten mellan strömgeneratorn och lasten bryts eller på att ström- generatorn av misstag startas när lasten är frànkopplad.

Ovan citerade referenser berör strömtillförsel till elektrostatiska stoftavskiljare. Detta är tillämpningar med hög mekanisk stabilitet och mycket robusta konstruktioner. I dessa fall är den mest förekommande felorsaken att man efter driftsavbrott och underhåll startar likriktaren, d.v.s. strömgeneratorn, men glömt bort att ansluta lasten.

UPPFINNINGENS SYFTE Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att undvika fatala haverier på moderna ström- försörjningsaggregat p.g.a. att de startas utan att lasten är ansluten eller utan att tillräckligt stor last är ansluten.

Ett andra syfte med föreliggande uppfinning är att öka driftssäkerheten för elektrostatiska stoftavskiljare genom att minska risken för funktionsbortfall p.g.a. likriktar- haverier vid start utan anslutning av lasten.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett sätt att skydda strömgenerator för likström mot överspänning vid lastbortfall.

Vid sättet enligt uppfinningen definierar man ett spänningsgränsvärde och genererar vid start av ström- 10 15 20 25 30 35 518 282 3 en eller ett fåtal små strömpulser. Man mäter spänningen över strömgeneratorns generatorn, under en begynnelsefas, utgång under begynnelsefasen och jämför de uppmätta spänningarna över strömgeneratorns utgång med spännings- gränsvärdet. Man övergår till normaldrift endast om samtliga under begynnelsefasen uppmätta spänningar över ström- generatorns utgång ligger under spänningsgränsvärdet. Man avbryter strömgenereringen, samt indikerar lastbortfall, om någon av de under begynnelsefasen uppmätta spänningarna över strömgeneratorns utgång ligger över spänningsgränsvärdet.

ALLMÄN BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Lastbortfall medför för moderna spänningsomvandlare, av den typ som kallas strömgeneratorer, risk för katastrofala skador på utrustningen. För att undvika att sådana likströmsgeneratorer av misstag startas utan att last är ansluten föreslås enligt föreliggande uppfinning ett speciellt startförlopp.

Under en begynnelsefas genererar man med ström- generatorn en eller ett fåtal små strömpulser. Man mäter spänningen över strömgeneratorns utgång under begynnelse- fasen och jämför de uppmätta spänningarna med ett satt gränsvärde. Om någon av de uppmätta spänningarna ligger över det satta gränsvärdet avbrytes startförloppet. Om alla uppmätta spänningar ligger under det satta gränsvärdet övergår man till normal drift. Med spänning avses i detta sammanhang spänningens absoluta belopp utan beaktande av polaritet. Om den väsentliga polariteten är negativ bortses från detta.

Begynnelsefasens längd kan utan hinder vara kort, exv under l s, företrädesvis under 0,1 s och speciellt före- draget under 0,01 s. Antalet strömpulser kan vara mellan 1 och 10, stigande 10 mikrosekunder, företrädesvis med vardera en företrädesvis 1-2, med vardera en längd under- längd understigande 5 mikrosekunder. f nunnan 10 15 20 25 30 35 518 282 4 u. ena 'Oro o: n- Spänningsgränsvärdet bör väsentligt understiga såväl likströmsgeneratorns maximalt tillåtna utspänning som den för tillämpningen normala driftsspänníngen. Det kan lämpligen väljas mellan 10% och 50% av normal driftsspänning men sättet möjliggör även lägre spänningsgränsvärden. Om lämpliga mättekniska förutsättningar föreligger sätts lägsta gräns av kvoten mellan den öppna utgångens kapacitans och lastens kapacitans.

Den sammanlagda laddning som tillföres under begynnelsefasen bör väljas så att strömgeneratorn utan last erhåller en utspänning mellan spänningsgränsvärdet och normal driftsspänning och så att strömgeneratorn med last erhåller en utspänning under spänningsgränsvärdet. Lämpligen väljes den sammanlagda laddning som tillföres under begynnelsefasen så att strömgeneratorn med last erhåller en utspänning under 10 % av normal driftsspänning, företrädesvis under 1 % av normal driftsspänning.

Sättet enligt uppfinningen kan tillämpas vid en mängd olika tillämpningar där en likströmsgenerator av typ konstantströmgenerator användes. Huvudsyftet med denna uppfinning är dock att använda sättet vid start av tillförsel av likström till en elektrostatisk stoft- avskiljare, innefattande emissionselektroder och utfällningselektroder, i syfte att mellan dessa elektroder upprätthålla en konstant eller varierande likspänning.

Sättet enligt uppfinningen avses företrädesvis att bli tillämpat vid start av tillförsel av pulserande likström till en elektrostatisk stoftavskiljare, företrädesvis vid start av tillförsel av likström från en frekvensmodulerad spänningsomvandlare, vars utspänning transformeras och likriktas.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar där nnua» 10 15 20 25 30 35 518 282 5 Fig. 1 visar ett principiellt kopplingsschema över strömtillförsel till en elektrostatisk stoftavskiljare.

Fig. 2 visar ett ekvivalent kopplingsschema för strömtillförsel till en elektrostatisk stoftavskiljare, där den elektrostatiska stoftavskiljaren ersatts av en kondensator och ett parallellkopplat motstånd.

Fig. 3 visar samma ekvivalenta kopplingsschema avsett för strömtillförsel till en elektrostatisk stoftavskiljare, med komponenterna motsvarande den elektrostatiska stoftavskiljaren bortkopplade.

Fig. 4 visar den principiella skillnaden mellan en strömgenerators utspänning med och utan last.

Fig. 5 visar verklig relation mellan utspänningen för en likriktare till en elektrostatisk stoftavskiljare vid driftsfall enligt Fig. 2 (med last) och Fig. 3 (utan last).

BESKRIVNING AV FÖRESLAGEN UTFÖRINGSFORM Fig. 1 visar i ett principkopplingsschema en strömgenerator i form av en spänningsomvandlande anordning som matar högspänd likström till en stoftavskiljare 1. Anordningen bestàr av en trefas likriktarbrygga 2, en pulsgenerator 3, en transformator 4, en helvàgslikriktarbrygga 5 för enfas, en drossel 6 samt en styrutrustning 7 med tillhöriga mätmotstànd 8, 9 och 10.

Den trefasiga likriktarbryggan 2 innefattar sex dioder 21 till 26 och är via tre ledare 27, 28, 29 anslutna till ett vanligt trefas växelströmsnät.

Pulsgeneratorn 3 bestàr av fyra transistorer 31-34 och fyra dioder 35-38. Transistorerna styrs genom att deras baser är anslutna till styrutrustningen 7. wo.- 10 15 20 25 30 6 Mellan pulsgeneratorn 3 och transformatorns 4 primärlindning 43 är en serieresonanskrets bestående av en drossel 41 och en kondensator 42 inkopplad.

Helvågslikriktarbryggan 5 består av fyra dioder 51-54.

Styrutrustningen 7 är förutom anslutningen till transistorerna 31-34 kopplad till ett mätmotstånd i serie med stoftavskiljaren l, för mätning av strömmen till stoftavskiljarens elektroder, och till en spänningsdelare bestående av två motstånd 9 och 10 kopplade parallellt med strömgeneratorns utgång för mätning av aktuell spänning.

Fig.2 visar med ett ekvivalent schema samma krets som Fig. 1 med två skillnader. Stoftavskiljaren 1 har ersatts av en kondensator lc, med en kapacitans motsvarande stoftavskiljarens 1 kapacitans, och ett parallellkopplat motstånd lr. Strökapacitansen över strömgeneratorns utgång har åskådliggjorts med en kondensator 55. Kondensatorn lc har en kapacitans på 10 - 200 nF och strökapacitansen 55 är ungefär 100 pF. Det parallellkopplade motståndet lr är kraftigt olinjärt under drift men dess inverkan kan försummas vid spänningar under den som ger koronaström.

Fig. 3 skiljer sig från Fig. 2 enbart genom att kondensatorn lc och det parallellkopplade motståndet lr tagits bort.

Fig. 4 visar den principiella skillnaden mellan utspänningen från en strömgenerator med och utan last då en kort strömpuls genereras. Med en streckad linje indikeras ett tänkt gränsvärde som avgör om last skall anses vara ansluten eller ej.

Fig. 5 visar ett verkligt förhållande när man med en spänningsomvandlare och likriktare enligt Fig. l - Fig. 3 matar ström till en elektrostatisk stoftavskiljare vars emissionselektroder ligger på negativ potential. Som nämnts ovan bortses från polariteten vid beskrivning av denna -. ~»- -v- . u 10 15 20 25 30 513 232 -= 7 uppfinning. Spänningen anses alltsà växa när den gár mot negativa spänningar med ökande absolutbelopp. Spännings- skillnaden mellan kurvorna markerade (med (utan last) och last) är större än figuren visar, y-axeln fär tänkas olinjär. För äskàdlighetens skull är skalan nagot förvrängd.

De induktiva komponenterna 6, 41 i likriktarens utgång respektive spänningsomvandlarens serieresonanskrets ger en markerad överspänning under cirka 100 mikrosekunder, varefter spänningen planar ut och mycket långsamt faller mot Sätta till 10 millisekunder efter pulsen. Av samma skäl bör den totala noll. Jämförelser mellan uppmätt spänning och det gränsvärdet bör därför ske nagot fördröjt, exv. 1 laddning som tillförs under begynnelsefasen i en eller flera pulser inte väljas högre än att den vid uppladdning av en obelastad utgàng teoretiskt när ungefär halva likriktarens märkspänning.

Vid en exemplifierande tillämpning av sättet enligt uppfinningen tänkes en spänningsomvandlare/likriktare enligt Fig. 1 - Fig. 3 användas för tillförsel av ström till en elektrostatisk stoftavskiljare 1. Stoftavskiljarens kapacitans är 50 nF, motsvarande ungefär en sammanlagd yta för utfällningselektroderna pà 1000 kvadratmeter.

Likriktaren kan leverera 500 mA vid maximalt tilláten spänning av 70 kV. Strökapacitansen 55 över utgàngspolerna är 100pF. Spänningen över utgàngen mätes av styrutrustningen 7 via motstànden 9 och 10 kopplade parallellt med likriktarens utgàng, med ett samplingsintervall pà 250 ms.

Startförloppet inleds med en begynnelsefas pà 10 ms, varvid först en puls med laddningen 2 mikrocoulomb, eller ett pulstàg med sammanlagd laddning 2 mikrocoulomb, tillförs. Pulsens längd är ungefär 4 mikrosekunder. Därefter avvaktar man 1 ms, för att inte störas av överspänningen 10 15 518 282 8 under insvängningen, och styrutrustningen 7 gör sedan en utvärdering av de därefter följande fyra först samplade utspänningarna.

Vid korrekt ansluten last enligt Fig. 2 uppmäts en spänning av 4OV efter en kort nästan inte märkbar insvängning. Vid start utan last enligt Fig. 3 uppmäts en spänning av 20 kV. Dessa spänningsvärden jämförs av styrutrustningen 7 med ett gränsvärde pà 7 kV, d.v.s. 10% av likriktarens märkspänning. Om samtliga fyra spänningsvärden ligger under 7 kV kopplar styrutrustningen efter 10 ms automatiskt över till normaldrift. Om nàgot av de samplade spänningsvärdena ligger över 7 kV avbryter styrutrustningen 7 startförloppet och indikerar lastbortfall.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 518 282 PÄTENTKRAV

1. Sätt att skydda strömgenerator för likström mot överspänning vid lastbortfall, vid start av tillförsel av likström till en elektrostatisk stoftavskiljare, innefattande emissionselektroder och utfällningselektroder, i syfte att mellan dessa elektroder upprätthålla en konstant eller varierande likspänning, k ä n n e t e c k n a t av att man definierar ett spänningsgränsvärde, att man vid start av strömgeneratorn under en begynnelsefas genererar en eller ett fåtal små strömpulser, att man mäter spänningen över strömgeneratorns utgång under begynnelsefasen, att man jämför de uppmätta spänningarna över strömgeneratorns utgång med spänningsgränsvärdet och att man påbörjar normaldrift endast om samtliga under begynnelsefasen uppmätta spänningar över strömgeneratorns utgång ligger under spänningsgränsvärdet och avbryter strömgenereringen samt indikerar lastbortfall om någon av de under begynnelsefasen uppmätta spänningarna över strömgeneratorns utgång ligger över spänningsgränsvärdet.

2. Sätt enligt patentkrav 1 vid start av tillförsel av pulserande likström till en elektrostatisk stoftavskiljare, innefattande emissionselektroder och utfällningselektroder, i syfte att mellan dessa elektroder upprätthålla en konstant eller varierande likspänning. 10 15 20 25 30 35 nnnnnn n n 1 nn n. 518 i 282 ß 10

3. Sätt enligt patentkrav l vid start av tillförsel av likström från en frekvensmodulerad spänningsomvandlare, vars utspänning transformeras och likriktas, till en elektrostatisk stoftavskiljare, innefattande emissionselektroder och utfällningselektroder, i syfte att mellan dessa elektroder upprätthålla en konstant eller varierande likspänning.

4. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att spänningsgränsvärdet väsentligt understiger såväl likströmsgeneratorns maximalt tillåtna utspänning som den för tillämpningen normala driftsspänningen, företrädesvis ligger mellan 10% och 50% av normal driftsspänning.

5. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att den sammanlagda laddning som tillföres under begynnelsefasen är vald så att strömgeneratorn utan last erhåller en utspänning mellan spänningsgränsvärdet och normal driftsspänning.

6. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att den sammanlagda laddning som tillföres under begynnelsefasen är vald så att strömgeneratorn med last erhåller en utspänning under spänningsgränsvärdet, företrädesvis väsentligt under spänningsgränsvärdet.

7. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att den sammanlagda laddning som tillföres under begynnelsefasen är vald så att strömgeneratorn med last erhåller en 10 15 518 282 11 nuooun u ann-un utspänning under 10 % av normal driftsspänning, O företrädesvis under 1 s av normal driftsspänning.

8. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att begynnelsefasens längd understiger 1 sekund, företrädesvis understiger 0,1 sekunder, speciellt understiger 0,01 sekunder.

9. Sätt enligt något av tidigare patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att begynnelsefasen innefattar 1-10 pulser, företrädesvis 1-2 pulser, med vardera en längd understigande 10 mikrosekunder, företrädesvis understigande 5 mikrosekunder.