DE2526677B2

DE2526677B2 - Kondensatoranordnung zur Beeinflussung des Blindstromes in elektrischen Wechselspannungsnetzen

Info

Publication number: DE2526677B2
Application number: DE2526677A
Authority: DE
Inventors: Harry Dipl.-Ing. Frank; Kjell Rehnman
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-06-25
Filing date: 1975-06-14
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2526677C3; DE2526677A1; FI61590B; CH589375A5; SE385525B; SE7408311L; FI61590C; FI751859A; US4019095A

Description

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)ie Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung w> Beeinflussung des Blindstromes in elektrischen chselspannungsnetzen gemäß dem Oberbegriff des ipruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus ASEA-Zeitschrift 1971.Seite 140 bis 144.

Londensatoranordnungen dieser Art werden bei- '· >

Hsweise zur Phasenkompensation verwendet, d. h. Kompensation eines variierenden induktiven

idstroms, 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, und zwar vorzugsweise zu einem solchen Zeitpunkt, daß die Spannung, mit welcher der Kondensator aufgeladen ist, genau so 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 Kondensatorstromes erlischt.

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 Spannungswtrte 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.

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 induktive!! 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 Konriensatoranordnung 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.

Aus der DE-OS 19 64 823 ist eine Schaltung bekannt, bei der die Leistung eines komplexen Verbrauchers mit einer induktiven Blindwiderstandskomponente über eine Antiparallelschaltung zweier Transistoren gesteuert wird. Darüber hinaus wird der induktive Teil des Verbrauchers durch einen hinzugeschalteten Kondensator weitgehend kompensiert. Um diese Kompensation durch einen mit dem Verbraucher in Reihe liegenden Kondensator durchführen zu können, was für die Steuerung verschiedene Vorteile hat, liegt parallel zu der Reihenschaltung aus Verbraucher und Kompensationskondensator eine weitere Antiparallelschaltung zweier Thyristoren, die so gesteuert wird, daß ein Weiterfließen des Verbraucherstromes möglich ist.

wenn die die Leistungsaufnahme des Verbrauchers steuernde Thyristor-Antiparallelschaltung auf beiden Wegen gesperrt ist. Bei dieser Schaltung liegt also ein unveränderlicher induktiver Verbraucher vor, der in unveränderlicher Weise von einer Kapazität im wesentlichen kompensiert wird. Die Antiparallelschaltung der Thyristoren dient allein der Steuerung der Leistungsaufnahme des Verbrauchers.

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.

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

Vorteilhafte Weiterentwicklunger der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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

Fig. 1 ein Schaltbild einer Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2b und d den zeillichen Verlauf einiger bei einer Fehlzündung in der Anordnung auftretender Größen,

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

F i g. I zeigt ein einphasiges Wechselspannungsnetz N. Über einen Schalter mit dem Betätigungsmechanismus BR und den Kontakten Ki und K 2 ist eine Kondensatoranordnung an das Netz angeschlossen, die zwei Kondensatoreinheiten SK I und SK 2 umfaßt, von denen jede einen Kondensator Cl bzw. CV, eine Gruppe antiparallelgeschalteter Thyristoren Ti, Ti' bzw. T2, T2' sowie eine Drossel RE 1 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 a 1 und h 1 der .Schut/einheiten A und B in F: ?. I »Null« und die Ausgangssignale u2 urd 62 »Eins«. Die Steuersignale der Steuervorrichtung SD werden daher über die UND-Glieder O 1. OV und die ODER-Glieder El, EV an die Steueranschlüsse der Thyristoren Tl und Ti' weitergeleitet. Auf gleiche Weise werden die Steuersignale an die Thyristoren 7"2 und T2' über die UND-Glieder O2, O2' sowie die ODER-Glieder E2, E 2' geleitet.

)ede Kondensatoreinheit ist über Stromwandler TR 1. TR 2 mit ei.ier Schutzeinheit A bzw. B versehen, die bei Fehlzündung in Funktion tritt. Ein Stromwandler TR 1 erzeugt am Widerstand R 1 eine Spannung, die dem durch den Kondensator Cl fließenden Strom proportional ist. Diese Spannung wird einem Niveauindikator NVX zugeführt. Wenn der Absolutwert des Kondensatorstroms einen vom Niveauindikator NVi bestimmten Wert überschreitet, der größer ist als der bei ungestörtem Betrieb auftretende Stromwert, dann wird das Ausgangssignal des Niveauindikators NVi »Eins«. Der Hilfsthyristor Γ10 ist über den Widerstand R 2 an eine positive Spannung angeschlossen. Die Anode des Thyristor? ist an den Eingang eines nionostabilen Multivibrators MVI angeschlossen, der bei einem Signal »Null« im seinen Eingang einen »Eins«-Impuls von geeigneter Dauer abgibt.

Bei ungestörtem Betrieb ist das Ausgangssignal Jes Niveauindikators NVi »Null«, der Thyristor TiO ist nichtleitend, und das Ausgangssignal des Multivibrators ϊ MVi ist »Null«. Bei einer Fehlzündung eines der Thyristoren Π und TV wächst der durch der. Kondensator Cl fließende Strom schnell auf einen höchsten Wert an, das Ausgangssignal des Niveauindikators /VVl wird ^Eins«, der Thyristor TT? 1 wird

lu gezündet, und das Ausgangssignal des Multivibrators MVi wird »Eins«. Dieses Signal ist das Ausgangssignal a 1 der Schutzeinheil .4. Es wird den ODER-Gliedern Ei und EV zugeführt, wobei ein Zündsignal an die beiden Thyristoren 7~lund TV gegeben wird.

is Die Dauer des »Eins«-Impulses von MVi ist vorzugsweise größer als eine halbe, jedoch kleiner als eine ganze Periode des Schwingungskreises, der vom Kondensator Cl und der Drossel REl gebildet wird. Die Peiiodendauer dieses .Schwingungskreises wird

-Ό auch von der Netzreaktanz be'...:iflußt, worauf man Rücksicht nehmen muß.

Auf die nachstehend beschriebene Weise vollzieht der Schwingungskreis eine volle Schwingung, wonach die Thyristoren Π und Ti' gelöscht sind.

.'"> Im gleichen Augenblick, in dem das Ausgangssignal al der Schutzeinheit A »Eins« wird, wird das Ausgangssignal a 2 »Null«. Dieses Signal bleibt so lange in der Lage »Null«, bis die Speisespannung zum Hilfsthyristor Γ10 vorhanden ist. Das Signal u2 wird

in über die Dioden Di und D 2 dem Negationsglied O 3 zugeführt. Über den Widerstand R3 ist eine positive Spannung an den Eingang des Negationsglicdes O 3 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Negationsgliedes O3 wird »Eins«, wobei der Schalter ausgelöst wird

υ und die Kondensatoreinheiien vom Wechselspannungsnetz N abgeschaltet werden. Das Ausgangssignal des Negationsgliedes O 3 wird auch den UND-Gliedern O I und OV sowie O2 und O2' zugeführt. Dabei werden die Steuersignale an die Thyristoren 71 und Ti' sowie

id T2 und T2' unterbrochen, und die Thyristoren erlöschen. Hierdurch wird der Strom, den der Schalter zu unterbrechen hat, kleinen

Die Kondensatoreinheit SK 2 ist mit einer Schutzeinheit B versehen, die auf gleiche Weise aufgebaut ist wie

■t> die Schutzeinheit A. Diese gibt bei Fehlzündung einerseits ein Ausgangssignal b 1, das die beiden Thyristoren 7"2 und 7"2' zündet, und andererseits ein Ausgangssignal b2, das den Schalter auslöst und die Steuersignale an die Thyristoren in der Konden-

>·) satoreinheit SK i abschaltet.

F i g. 2a zeigt den Verlauf der Netzspannung U_n .ind der Spannung Ur an den Thyristoren bei einer Anordnung, die nicht mit einem Schutzkreis gemäß der Erfindung versehen ist. Der Scheitelwert der Netzspan-

>". nung wird mit Us bezeichnet. Die Figur bezieht sich auf den Fall, in dem eine Fehlzündung in dem Augenblick auftritt, in dem die Spannung an den Thyristoren ihr<*n Maximalwert (2 · LJ_n) hat. Der Schwingungskreis, der aus dem Kondensator und der

" mit ihm in Reihe geschalteten Drossel besteht, vollzieht während des Zeitintervalls Δ t eine halbe Schwingung, wonach (wenn die Ursache der Fehlzündung nicht mehr besteht) der leitende Thyristor erlischt. Während dieser Zeit wird der Kondensator umgeladen, wobei ein

> kräftiger Stromimpuls die Schaltung durchfließt. Nach beendeter Schwingung beträgt die Spannung an den Thyristoren 2 · Us, und nach einer halben Periode der Netzspannung betrSgi sie -t O>,. Ov? Sp;iPr,i;nK^r·-

beanspruchung der Thyristoren wird also doppelt so groß wie bei ungestörtem Betrieb.

In Frgänzung zn F i g. 2a zeigt I i g. 2c im Detail den Spanniingsvcrlaiif während des Zcilintervalls Δ ι. Während dieses Intervalls ist die Spannung lh Null, da einer der Thyristoren leitet Der Kondensator mit dem Spanniingsvcrlaiif U₁- wird von der Spannung -Os auf die Spannung +3 ■ Ü_N umgeladen.

Die lig. 2b und 2d zeigen demcntsprcchcndc Verläufe bei einer Anordnung gemäß der Erfindung. ,, Man nimmt an. daß die Fehlzündung zum gleichen Augenblick geschieht wie in I i g. 2a. Nach dem Zeitintervall /1 i' hat der Kreis eine volle Schwingung vollzogen. Während der ersten llalbperiodc der Schwingung leitet derjenige Thyristor, dessen Fchlzün , dung den Vorgang einleitete, und die Kondensator spannung U₁ wird von -Un auf +3 ■ U\ geändert. Während der folgenden llalbpcriode leitet der andere

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ses gemäß der F.rfindung erhallen hat, und die „ Kondensatorspannung schwingt auf einen Wert zurück, der nahezu mit dem ursprünglichen Wert -f'v übereinstimmt. Wie hieraus hervorgeht, überschreitet die Spannung an den Thyristoren niemals den .Spannungswert (2 · Us), der sie bei ungestörtem Betrieb ausgesetzt sind.

Die F.igcnfrcqucnz des Schwingungskreises kann in einem typischen Fall bis zu ca. 22¹JlIz betragen, was einer Periodcndauer von 4.4 ms entspricht. Die Dauer des Impulses, der von der Kippstufe A/l'I in lig. 1 _;i abgegeben wird, wird also so gewählt, daß sie zwischen 2.2 und 4.4 ms. beispielsweise 2.5 ms beträgt.

(iemiill einer alternativen Aiisfiilirungsform der Frfindiing verzichtet man auf den Multivibrator ΛΠΊ und verwendet das Alisgangssignal a I bzw n 2 von der Anode des I lilfsthvrislors 7 10. Die Schwingung bleibt in diesem Fall bestehen, bis sie gedämpft ist oder der Schalter auslöst. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die (iefahr besieht, dal! die Störung, welche die Fehlzündung verursacht, langer als das Zeitintervall .1 I gemäß Fig. 2b andauert. Sie führt jedoch zu größeren Strombeanspiuchungcn der Thyristoren als -lie vorher beschriebene Ausführungsform.

Die gemessene Betriebsgröße, welche die Fehlzündung anzeigt, ist in dem obigen Beispiel der Kondensatoislrom. 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.

is isl auch möglich, die Spannung an den I hynstoren /u 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 beschriebene Ausführungsbeispicl betrifft eine einphasige Anordnung. Die Anordnung nach der Frfindiing kann jedoch auch dreiphasig ausgeführt werden. Auch die Verwendung von nur zwei Kondcnsatoreinhciit-n (SK 1 und SK 2) in der oben beschriebenen Schaltung ist nur ein Beispiel. Die Anordnung nach der Frfindiing kann pro Phase beliebig viele Kondensatoreinheiten haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensatoranordnung zur Beeinflussung des Blindstromes in elektrischen Wechselspannungsnetzen, bestehend aus einer an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen Reihenschaltung aus zwei antiparallelen Thyristoren, einem Kondensator und einer Drossel sowie einer Steueranordnung für die Steuerelektroden der Thyristoren, welche die Thyristoren wechselweise zu Zeitpunkten zündet, die in der Nähe des Scheitelwertes der Wechselspannung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßglied (TR X) eine Betriebsgröße der Reihenschaltung der Kondensatoreinheit (SKX) mißt und daß ein Niveauindikator (NV X) an das Meßglied {77? 1) und derart an die Steueranordnung angeschlossen ist, daß beide Thyristoren (TX, TV) dann zünden, wenn der Augenblickswert der Betriebsgröße einen vorbestimmten Bereich verläßt.

2. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Betriebsgröße der durch den Kondensator fließende Strom ist.

3. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daP die genannte Betriebsgröße die Spannung an dem Kondensator ist.

4. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schalttnittel (MVX) enthält, die an die Thyristoren (TX, TV) e;.ien Zündinipuls von einer halben bis zu einer vollen Periodpndauer Jes vom Kondensator und der Drossel gebildeten Schwingungskreises geben, wenn die Betriebsgrö? den vorbestimmten Bereich verläßt.

5. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheit (SK X) über einen Schalter (K 1, K 2) an das Wechselspannungsnetz (N) angeschlossen ist und der an den Schalter (KX, K2) angeschlossene Niveauindikator ein Signal zum Auslösen des Schalters abgibt, wenn die Betriebsgröße den vorbestimmten Bereich verläßt.

6. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Kondensatoreinheit (SK 2) mit zugehörigem Meßglied (TR 2) und zugehöriger Schutzeinheit (B) an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist und daß die Niveaudetektoren (NVX) der Schutzeinheiten (A, B) wechselseitig an die andere Kondensatoreinheit (SKX, SK 2) angeschlossen sind und die Zündung der Thyristoren dieser Kondensatoreinheit blockieren, wenn die Betriebsgröße den vorbestimmten Bereich verläßt.

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