DE2526677C3

DE2526677C3 - Kondensatoranordnung zur Beeinflussung des Blindstromes in elektrischen Wechselspannungsnetzen

Info

Publication number: DE2526677C3
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: 1979-08-09
Also published as: SE7408311L; DE2526677B2; CH589375A5; FI751859A; DE2526677A1; US4019095A; FI61590B; SE385525B; FI61590C

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung zur Beeinflussung des Blindstromes in elektrischen Wechselspannungsnetzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der ASEA-Zeitschrift 1971, Seite 140 bis 144.

Kondensatoranordnungen dieser Art werden beispielsweise zur Phasenkompensatioti 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, 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 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.

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.

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 Antiparallelschaliung 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 Oberspannungen 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 Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

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

F i g. 1 ein Schaltbild einer Kondensatoranordnung gemäß der Erfindung,

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

F i g. 2a und c die entsprechenden Größen bei einer bekannten Ausrüstung.

Fig. 1 zeigt ein einphasiges Wechselspannungsne"z N. Über einen Schalter mit dem Betätigungsmechanismus BR und den Kontakten K1 und K 2 ist eine Kondensatoranordnung an das Netz angeschlossen, die zwei Kondensatoreinheiten SK1 und SK 2 umfaßt, von denen jede einen Kondensator Ci bzw. CY, eine Gruppe antiparaUelgeschalteter Thyristoren Ti, Ti' bzw. T 2, T2' sowie eine Drossel RE i bzw. RE 2 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 b i der Schutzeinheiten A und β in F i g. 1 »Null« und die Ausgangssignale a 2 und b2 »Eins«. Die Steuersignale der Steuervorrichtung SD werden daher über die UND-Glieder Oi, O Y und die ODER-Glieder Ei, EV an die Steueranschlüsse der Thyristoren Ti und Ti' weitergeleitet. Auf gleiche Weise werden die Steuersignale an die Thyristoren T2 und T2' über die UND-Glieder O2, O2' sowie die ODER-Glieder E2, E 2' geleitet.

Jede Kondensatoreinheit ist über Stromwandler TR1, 77? 2 mit einer Schutzeinheit A bzw. B versehen, die bei Fehlzündung in Funktion tritt Ein Stromwandler TR i erzeugt am Widerstand R i eine Spannung, die dem durch den Kondensator Ci fließenden Strom proportional ist. Diese Spannung wird einem Niveauindikator NVt 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 TIO ist über den Widerstand R 2 an eine positive Spannung angeschlossen. Die Anode des Thyristors ist an den Eingang eines monostabilen Multivibrators MVi angeschlossen, der bei einem Signal »Null« an seinem Eingang einen »Eins«-Impuls von geeigneter Dauer abgibt

Bei ungestörtem Betrieb ist das Ausgangssignal des Niveauindikators NVi »Null«, der Thyristor TiQ ist nichtleitend, und das Ausgangssignal des Multivibrators AiVl ist »Null«. Bei einer Fehlzündung eines der Thyristoren Ti und Ti' wächst der durch den Kondensator Ci fließende Strom schnell auf einen höchsten Wert an, das Ausgangssignal des Niveauindikators NVi wird »Eini«, der Thyristor TRi wird

ίο gezündet und das Ausgangssignal des Multivibrators AfVl wird »Eins«. Dieses Signal ist das Ausgangssignal a 1 der Schutzeinheit A. Es wird den ODER-Gliedern Ei und EY zugeführt wobei ein Zündsignal an die beiden Thyristoren Ti und TY gegeben wird.

Die Dauer des »Eins«-Impulses von AfVl ist vorzugsweise größer als eine halbe, jedoch kleiner als eine ganze Periode des Schwingungskreises, der vom Kondensator Ci und der Drossel REi gebildet wird. Die Periodendauer dieses Schwingungskreises wird auch von der Netzreaktanz beeinflußt worauf man Rücksicht nehmen muß.

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

Im gleichen Augenblick, in dem das Ausgangssignal a 1 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 TlO vorhanden ist Das Signal a 2 wird über die Dioden Di und D 2 dem Negationsglied O 3 zugeführt. Über den Widerstand R 3 ist eine positive Spannung an den Eingang des Negalioriigüedes Oi angeschlossen. Das Ausgangssignal des Negationsgliedes O3 wird »Eins«, wobei der Schalter ausgelöst wird und die Kondensatoreinheiten vom Wechselspannungsnetz N abgeschaltet werden. Das Ausgangssignal des Negationsgliedes O 3 wird auch den UND-Gliedern 01 und 01' sowie O 2 und O 2' zugeführt. Dabei werden die Steuersignale an die Thyristoren Ti und Ti' sowie T2 und T2' unterbrochen, und die Thyristoren erlöschen. Hierdurch wird der Strom, den der Schalter zu unterbrechen hat kleiner.

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 T2 und 7"2' zündet, und andererseits ein Ausgangssignal 2)2, das den Schalter auslöst und die Steuersignale an die Thyristoren in der Kondensatoreinheit SK1 abschaltet.

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

nung wird mit On bezeichnet. Die Figur bezieht sich auf den Fall, in dem eine Fehlzündung in dem Augenblick auftritt, in dem die Spannung an den Thyristoren ihren Maximalwert (2 · On) hat Der Schwingungskreis, der aus dem Kondensator und der

ho 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 · Om, und nach einer halben Periode der Netzspannung betraf»· sie 4 · On- Die Spannungs-

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

In Ergänzung zu F i g. 2a zeigt F i g. 2c im Detail den Spannungsverlauf während des Zeitintervalls Δ t. Während dieses Intervalls ist die Spannung L/rNull, da einer der Thyristoren leitet. Der Kondensator mit dem Spannungsverlauf U_c wird von der Spannung - Un auf die Spannung +3 · U_n umgeladen.

Die F i g. 2b und 2d zeigen dementsprechende Verläufe bei einer Anordnung gemäß der Erfindung. Man nimmt an, daß die Fehlzündung zum gleichen Augenblick geschieht wie in Fig.2a. Nach dem Zeitintervall Δ V hat der Kreis eine volle Schwingung vollzogen. Während der ersten Halbperiode der Schwingung leitet derjenige Thyristor, dessen Fehlzündung den Vorgang einleitete, und die Kondensatorspannung Uc wird von -Un auf +3 ■ Un 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 — On übereinstimmt. Wie hieraus hervorgeht, überschreitet die Spannung an den Thyristoren niemals den Spannungswert (2 · Un), dem 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 MVX in Fig. 1 abgegeben wird, wird also so gewählt, daß sie zwischen 2^ und 4,4 ms, beispielsweise 2,5 ms beträgt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform dei Erfindung verzichtet man auf den Multivibrator MV1 und verwendet das Ausgangssignal a 1 bzw. a 2 von dei Anode des Hilfsthyristors TlO. Die Schwingung bleib in diesem Fall bestehen, bis sie gedämpft ist oder dei Schalter auslöst. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft wenn die Gefahr besteht, daß die Störung, welche di< Fehlzündung verursacht, länger als das Zeitintervall Δ t gemäU F i g. 2b andauert. Sie führt jedoch zu größerer Strombeanspruchungen der Thyristoren als die vorhei beschriebene Ausführungsform.

Die gemessene Betriebsgröße, welche die Fehlzün dung anzeigt, ist in dem obigen Beispiel der Kondensa torstrom, der bei Fehlzündung eine schnelle Anzeigt ergibt. Alternativ können andere Betriebsgrößen zui Anzeige der Fehlzündung verwendet werden, beispiels weise die Spannung am Kondensator oder an dei Drossel.

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

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel betriff eine einphasige Anordnung. Die Anordnung nach dei Erfindung kann jedoch auch dreiphasig ausgeführ werden. Auch die Verwendung von nur zwei Kondensa toreinheiten (SK 1 und SK 2) in der oben beschriebene! Schaltung ist nur ein Beispiel. Die Anordnung nach de; Erfindung kann pro Phase beliebig viele Kondensato reinheiten 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 1) eine Betriebsgröße der Reihenschaltung der Kondensatoreinheit (SKV) is mißt und daß ein Niveauindikator (NVi) an das Meßglied (TR 1) und derart an dif. Steueranordnung angeschlossen ist, daß beide Thyristoren (Ti, TV) dann zünden, wenn der Augenblickswert der Betriebsgröße einen vorbestimmten Bereich verlaß t.

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

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

4. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schaltmittel (MVl) enthält, die an die Thyristoren (7*1, TY) einen Zündimpuls von einer halben bis zu einer vollen Periodendauer des vom Kondensator und der Drossel gebildeten Schwingungskreises geben, wenn die Betriebsgröße den vorbestimmten Bereich verläßt

5. Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheit (SK 1) über einen Schalter (K I, K 2) an das Wechselspannungsp.etz (N) angeschlossen ist und der an den Schalter (Kl, KZ) 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 (NVl) der Schutzeinheiten (A, £J wechselseitig an die andere Kondensatoreinheit (SK 1, SK 2) angeschlossen sind und dir: Zündung der Thyristoren dieser Kondensatoreinheit blockieren, wenn die Betriebsgröße den vorbestimmten Bereich verläßt.

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