DE2526677A1 - Kondensatoranordnung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE D1PL.-INQ. H. MISSUNG Prankfurt/M., den 10. 6. 1975 DiPL-ING. R. SCHLEE ,. _a._{b 19} „« QlESSEN, BtemarckstraBe 43 Boe/Pr S 1 2 . 52Ö

DR.-INQ. J. BOECKER β FRANKRJRT 1, Rathenaupi. 2

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Kondensat oranordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung nach dem Oberbegriff de s Ansprüche s 1·

Kondensatorausrüstungen dieser Art sind bekannt und werden beispielsweise zur Phasenkorapensation verwendet, d.h. zur Kompensation eines variierenden induktiven Blindstroms, der von einer Last verbraucht wird. Normalerweise werden dabei mehrere Reihenschaltungen parallel zueinander ans Netz angeschlossen, und die Anzahl der in jedem Augenblick eingeschalteten Kondensatoren wird von dem augenblicklichen Blindstrombedarf bestimmt. Vorzugsweise ist ein die induktive Blindleistung messendes Glied vorhanden, um die von der Last verbrauchte induktive Blindleistung zu messen und in Abhängigkeit dieses Meßwertes die Ein- und Ausschaltung der Kondensatoren zu steuern.

Das Einschalten eines Kondensators wird durch Zündung der mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Thyristoren vorgenommen,

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und zwar vorzugsweise zu einem solchen Zeitpunkt, daß die Spannung, mit welcher der Kondensator aufgeladen ist, genauso groß ist wie der Augenblickswert der Wechselspannung.

Das Abschalten eines Kondensators erfolgt dadurch, daß das Zündsignal von den Thyristoren fortgenommen wird, wobei der gerade leitende Thyristor beim nächsten Nulldurchgang des Kondensatorströme s erli seht·

Selbstverständlich kann jeder Kondensator aus einer Batterie von in Reihe- und/oder parallelgeschalteten Kondensatoren bestehen, was in der Praxis meistens der Fall ist.

Die gesamte Kondensatoranordnung kann über einen Transformator an das Netz angeschlossen werden, um geeignete Strom- und Spannungswerte für die in der Anordnung enthaltenen Schaltelemente zu erhalten. Vorzugsweise ist auch ein Schalter zwischen der Kondensatoranordnung und dem Netz vorhanden, um die Ausrüstung bei Störungen abschalten zu können.

In Reihe mit jedem Kondensator wird meistens die anfangs erwähnte Drossel geschaltet, u.a. deshalb, um den Stromanstieg beim Einschalten zu begrenzen und damit die Thyristoren zu schützen.

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Bei einem Dreiphasennetz kann eine Kondensatoranordnung der beschriebenen Art dreiphasig ausgeführt werden, wobei zwischen je zwei Phasen Kondensatoren angeschlossen werden. Hierdurch ist es möglich, auch einen unsymmetrischen induktiven Blindleistungsverbrauch zu kompensieren.

Bei Thyristorschaltungen treten unvermeidlich manchmal Fehlzündungen auf. Eine Fehlzündung liegt dann vor, wenn ein Thyristor zu einem anderen Zeitpunkt als dem gewünschten gezündet wird. Fehlzündungen können durch Ausgleichsspannungen und andere Störungen oder durch Fehler in der Steuervorrichtung des Thyristors verursacht werden.

Bei einer Kondensatoranordnung der genannten Art kann eine Fehlzündung schwere Folgen haben. Die Fehlzündung kann, wie nachstehend beschrieben wird, Überströme und Überspannungen verursachen, die so groß werden, daß auch reichlich bemessene Schaltelemente zerstört werden. Dies gilt vor allem für die zur Anordnung gehörenden Thyristoren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatoranordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die bei einer Fehlzündung auftretenden Überspannungen und Überströme auf einfache Weise beseitigt oder so weit herabgesetzt werden, daß normal dimensionierte Schaltelemente nicht gefährdet werden.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kondensatoranordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 ein Schaltbild einer Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2b und d den zeitlichen Verlauf einiger bei einer Fehlzündung in der Anordnung auftretender Größen,

Fig, 2a und c die entsprechenden Größen bei einer bekannten Ausrüstung.

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Fig. 1 zeigt ein einphasiges Wechselspannungsnetz N. Über einen Schalter mit dem Betätigungsmechanismus BR und den Kontakten K1 und K2 ist eine Kondensatoranordnung an das Netz angeschlossen. Die Anordnung umfaßt zwei Kondensatoreinheiten SK1 und SK2, von denen jede eine Kondensatorbatterie (C1 bzw. C2), eine Gruppe antiparallelgeschalteter Thyristoren (T1, T1 * bzw. T2, T2¹) sowie eine Drossel (RE1 bzw. RE2) enthält. Eine an sich bekannte Steuervorrichtung SD mißt den induktiven Blindstrom oder die induktive Blindleistung des Netzes und steuert die Thyristoren in Abhängigkeit dieses Meßwertes.

Bei ungestörtem Betrieb sind die Ausgangssignale al und b1 von den Einheiten A und B in Figur 1 "Null" und die Ausgangssignale a2 und b2 "Eins". Die Steuersignale von der Steuervorrichtung SD werden daher über die UND-Glieder 01, 01· und die ODER-Glieder E1, E1· an die Steueranschlüsse der Thyristoren T1 und T1* weitergeleitet. Auf gleiche Weise werden die Steuersignale an die Thyristoren T2 und T2* über die UND-Glieder 02, 02· sowie die ODER-Glieder E2, E2¹ geleitet.

Jede Kondensatoreinheit ist mit einer Schutzeinheit (A bzw. B) versehen, die bei Fehlzündung in Funktion tritt·» Ein Stromwandler TR1 erzeugt am Widerstand R1 eine Spannung, die dem durch den Kondensator C1 fließenden Strom proportional ist. Diese Spannung wird einem Niveauindikator NV zugeführt. Wenn der Absolutwert des KondensatorStroms einen vom Niveauindikator NV bestimmten Wert überschreitet, der größer ist als der bei

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ungestörtem Betrieb auftretende Stromwert, dann wird das Ausgangssignal von NV "Eins". Der Hilfsthyristor T10 ist über den Widerstand R2 an eine positive Spannung angeschlossen. Die Anode des Thyristors ist an den Eingang eines monostabilen Multivibrators MV1 angeschlossen, der bei einem Signal "Null" an seinem Eingang einen "Eins^ImiUls von geeigneter Dauer abgibt.

Bei ungestörtem Betrieb ist das Ausgangssignal von NV1 "Null", der Thyristor T10 ist nicht leitend, und&as Ausgangssignal von HV1 ist "Null". Bei einer Fehlzündung eines der Thyristoren T1 und T1' wächst der durch C1 fließende Strom schnell auf einen höchsten Wert an, das Ausgangs signal von NV1 wird "Eins", der Thyristor TR1 wird gezündet, und das Ausgangssignal von MV1 wird "Eins". Dieses Signal ist das Ausgangssignal al von der Einheit A. Es wird den ODER-Gliedern E1 und E1' zugeführt, wobei ein Zündsignal an die beiden Thyristoren T1 und T1 ' gegeben wird.

Die Dauer des "Eins"-Impulses von MV1 ist vrorzugsweise größer als eine halbe, jedoch kleiner als eine ganze Periode des Schwingungskreises, der vom Kondensator C1 und der Drossel RE1 gebildet wird. Die Periodendauer dieses Schwingungskreises wird auch von der Netzreaktanz beeinflußt, worauf man Rücksicht nehmen muß.

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Auf die nachstehend beschriebene Weise vollzieht der Schwingungskreis eine volle Schwingung, wonach die Thyristoren T1 und TT gelöscht sind.

Im gleichen Augenblick, in dem das Signal al der Einheit A "Eins" wird, wird das Signal a2 "Null". Dieses Signal bleibt solange in der Lage "Null", wie die Speisespannung zum Thyristor T10 vorhanden ist. Das Signal a2 wird über die Dioden D1 und D2 dem Negationsglied 03 zugeführt, über den Widerstand R3 ist eine positive Spannung an den Eingang des Negationsgliedes 03 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Negationsgliedes 03 wird "Eins", wobei der Schalter ausgelöst wird und die Kondensatoranordnungen vom Netz N abgeschaltet ttirdxaoc Das Ausgangs signal des Negationsgliedes 03 wird auch den UND-Gliedern 01 und 01 * sowie 02 und 02» zugeführt. Dabei werden die Steuersignale an die Thyristoren T1 und T1^f sowie T2 und T2» unterbrochen, und die Thyristoren erlöschen. Hierdurch wird der Strom, den der Schalter zu unterbrechen hat, kleiner.

Die Kondensat ore inhe it SK2 ist mit einer Schutzeinheit B versehen, die auf gleiche Weise aufgebaut ist wie die Einheit A. Diese gibt bei Fehlzündung einerseits ein Signal b1, das die beiden Thyristoren T2 und T2» zündet, und andererseits ein Signal b2, das den Schalter auslöst und die Steuersignale an die Thyristoren in der Einheit SK1 abschaltet.

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Fig. 2 zeigt den Verlauf der Netzspannung U_n und der Spannung Um an den Thyristoren bei einer Anordnung , die nicht mit einem Schutzkreis gemäß der Erfindung versehen ist» Der Scheitelwert der Netzspannung wird mit U_n bezeichnet. Die Figur bezieht sich auf den Fall, in dem eine Fehlzündung in dem Augenblick auftritt, wo die Spannung an den Thyristoren ihren Maximalwert (2·ϋ_Ν) hat. Der Schwingungskreis, der aus dem Kondensator und der mit ihm in Reihe geschalteten Drossel besteht, vollzieht während der Zeit At eine halbe Schwingung, wonach (wenn die Ursache der Fehlzündung aufgehört hat) der !leitende Thyristor erlischt. Während dieser Zeit wird der Kondensator umgeladen, wobei ein kräftiger Stromimpuls die Schaltung durchfließt.

beendeter
Nach iejaoubtttfloc Schwingung ist die Spannung an den Thyristoren

2.U_n, und nach einer halben Periode der Netzspannung ist sie 4. Ujt. Die Spannungsbeanspruchung der Thyristoren wird also doppelt Bio groß wie bei ungestörtem Betrieb.

Fig. 2c zeigt in genauerer Darstellung den Verlauf während des Zeitintervalles At. Während dieses Intervalles ist die Spannung U^ Null, da einer der Thyristoren leitet. Der Kondensator wird

A Λ

von der Spannung -U_n auf die Spannung +3'U_n umgeladen.

Die Figuren 2b und 2d zeigen demt ent sprechende Verläufe bei einer Anordnung gemäß der Erfindung. Man nimmt an, daß die Fehlzündung

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zum gleichen Zeitpunkt geschieht wie in Fig. 2a. Nach der Zeit At¹ hat der Kreis eine volle Schwingung vollzogen. Während der ersten Halbperiode der Schwingung leitet der Thyristor, dessen Fehlzündung den Vorgang einleitete, und die Kondensatorspannung

Λ A

wird von -U_n auf +3»U_N geändert. Während der folgenden Halbperiode leitet der andere Thyristor, der ein Zündsignal mit Hilfe des Schutzkreises gemäß der Erfindung erhalten hat, und die Kondensatorspannung schwingt auf einen Wert zurück, der nahezu mit dem ursprünglichen Wert (-U^) übereinstimmt. Wie hieraus hervorgeht, überschreitet die Spannung an den Thyristoren niemals die Spannung (2·υ^), der sie bei ungestörtem Betrieb ausgesetzt sind.

Die Eigenfrequenz des Schwingungskreises kann in einem typischen Fall bis zu ca. 225 Hz betragen, was einer Periodendauer von 4,4 ms entspricht. Die Dauer des Impulses, der von der Kippstufe MV1 in Fig. 1 abgegeben wird, wird also so gewählt, daß sie zwischen 2,2 und 4,4 ms, beis$ieisweise 2,5 ms beträgt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung verzichtet man auf die Kippstufe MV1 und verwendet das Signal al (wie auch a2) von der Anode des Hilfsthyristors T1O. Die Schwingung wird in diesem Fall fortgesetzt, bis sie abgedämpft ist oder der Schalter auslöst. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Gefahr besteht, daß die Störung, welche die Fehlzündung ver-

509883/0303 " ¹⁰ "

ursacht, langer als die Zeit Δ t* in Fig. 2b andauert. Sie führt jedoch zu größeren Strombeanspruchungen der Thyristoren als die vorher beschriebene Ausführungsform.

Die gemessene Betriebsgröße, welche die Fehlzündung anzeigt, ist in dem obigen Beispiel der Kondensatorstrom, der bei Fehlzündung eine schnelle Anzeige ergibt. Alternativ können andere Betriebsgrößen zur Anzeige der Fehlzündung verwendet werden, beispielsweise die Spannung am Kondensator oder an der Drossel.

Es ist auch möglich, die Spannung an den Thyristoren zu verwenden. In diesem Falle wird die Fehlzündung dadurch angezeigt, daß die Spannung an den Thyristoren in einem Augenblick Null wird, in dem sie bei ungestörtem Betrieb von Null verschieden wäre.

Das oben beschrieben Ausführungsbeispiel betrifft eine einphasige Anordnung. Die Anordnung nach der Erfindung kann jedoch auch dreiphasig ausgeführt werden. Auch die Verwendung von nur zwei Kondensatoreinheiten (SK1 und SK2) in der oben beschriebenen Schaltung ist nur ein Beispiel. Die Anordnung nach der Erfindung kann pro Phase beliebig viele Kondensatoreinheiten haben.

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Claims (6)

1. - 11 Patentansprüchet

   1 Λ Kondensatoranordnung, die eine an ein Wechselspannungsnetz angeschlossene Reihenschaltung aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren, einem Kondensator und
   einer Drossel umfaßt. sowie

   eine Steueranordnung für die Steuerelektroden der Thyristoren enthält, welche die Thyristoren wechselweise zu Zeitpunkten zündet, die in der Nähe des Scheitelwertes der Wechselspannung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßglied (TR 1, TR 2) eine Betriebsgröße der genannten Reihenschaltung mißt und daß ein Niveauindikator (NV 1) an das Meßglied und derart an die Steueranordnung angeschlossen ist, daß beide Thyristoren dann

   vorzünden, wenn der Augenblickswert der Betriebsgröße ein/bestimmtes

   Intervall verläßt.
2. 2. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Betriebsgröße der durch den Kondensator fließende Strom ist.
3. 3. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Betriebsgröße die Spannung an dem Kondensator ist.

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4. 4. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel enthält, die, wenn die Betriebsgröße das vorbestimmte Intervall verlaßt, an die Thyristoren einen Zündimpuls von einer Dauer geben, die zwischen dem Wert für eine halbe und eine volle Periodendauer des vom Kondensator und der Drossel gebildeten Schwingungskreises liegt.
5. 5. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1-4,

   bei dem die Reihenschaltung über einen Schalter an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveauindikator (NV) an den Schalter (K 1, K2) angeschlossen ist und ein Signal zum Auslösen des Schalters abgibt, wenn die

   vorBetriebsgröße das/bestimmte Intervall verläßt.
6. 6. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, bei der mindestens eine weitere Reihenschaltung an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveauindikator an die genannte weitere Reihenschaltung angeschlossen ist und die Zündung der Thyristoren dieser Reihenschaltung blockiert, wenn die Betriebsgröße das vorbestimmte Intervall verläßt.

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