DE3213792C2 - Elektronischer Leistungsschalter zur Kurzschlußstrombegrenzung und zur Verringerung der Schaltzeiten in Zwei- und Mehrphasennetzen - Google Patents

Elektronischer Leistungsschalter zur Kurzschlußstrombegrenzung und zur Verringerung der Schaltzeiten in Zwei- und Mehrphasennetzen

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DE3213792C2
DE3213792C2 DE19823213792 DE3213792A DE3213792C2 DE 3213792 C2 DE3213792 C2 DE 3213792C2 DE 19823213792 DE19823213792 DE 19823213792 DE 3213792 A DE3213792 A DE 3213792A DE 3213792 C2 DE3213792 C2 DE 3213792C2
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Peter Ing. Angermaier (Grad.)
Hans-Jürgen Ing. Hagemann (grad.)
Klaus Dr.-Ing. 2000 Hamburg Kranert
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Leistungsschalter zur Strombedämpfung in Zwei- und Mehrphasennetzen unter Verwendung von Thyristor-Gleichstromschaltern mit Löscheinrichtungen. Um eine Kurzschlußstrombedämpfung und eine Netzkopplung zu erreichen, sind in mindestens n-1 Phasen zwei antiparallelgeschaltete Gleichstromschalter vorgesehen, mit Löschkreisen direkt über den Hauptthyristoren und Stromwandlern zur phasengerechten Erfassung des Stromes. Bei Erreichen maximaler Stromwerte wird der Löschthyristor über dem stromführenden Haupthyristor gezündet, der Zündstrom für alle Hauptthyristoren unterbrochen und der Hauptstrom auf einen parallel zu den Hauptthyristoren gelegten Widerstand kommutiert.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem elektronischen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Elektronische Leistungsschalter sind an sich bekannt. Sie weisen einen Hauptthyristor in einem Gleichstromkreis auf, zu dem parallel eine Löscheinrichtung, bestehend aus Löschthyristor, Löschkondensator und Löschdrossel gelegt ist, wie beispielsweise aus der DE-AS 18 994 zu entnehmen ist. Werden diese Schalter in Wechsel- und Drehstromkreisen eingesetzt, so ist die zusätzliche Bedingung zu erfüllen, daß Thyristorzweige für verschiedene Stromrichtungen vorzusehen sind. In den wissenschaftlichen Berichten von AEG-TELEFUN-KEN, 1975, Seiten 116/117 mit den. Bildern 17a-c ist ein solcher Schalter beschrieben und dargestellt
Der aus Bild 17a zu entnehmende strombegrenzende Halbleiterschalter besitzt antiparallel geschaltete Thyrtstorzweige jeweils mit Löscheinrichtungen, die parallel zum Hauptthyristor einen Löschkondensa*or mit Löschthyristor aufweisen.
Nach Zünden des Löschthyristors wird der Hauptstrom unterbrochen. Anschließend fließt der Strom über den Löschthyristor und Löschkondensator, der dabei umgeladen wird. Die im Kreis gespeicherte magnetische Energie muß im Abschaltzeitpunkt von dem Halbleiterschalter beim Ausschalten übernommen werden. In -vielen Fällen reicht der Löschkondensator hierfür nicht aus. Es wurde daher parallel zum Löschzweig ein Spannungsbegrenzer gelegt, der aus einer Gegenschaltung von Diode und Zenerdiode besteht Bei Überschreiten der maximalen Abschaltspannung spricht der Spannungsbegrenzer an und hält die Schalterspannung konstant wobei er Energie speichert und verbraucht Der Kurzschlußstrom wird somit bereits im Anfangsstadium unterbrochen. Wegen ihrer Baugröße und ihrer Kosten sind solche Schalter bisher nur versuchsweise eingesetzt worden.
Schließlich ist es aus der DE-AS 23 21 927 bekannt, in Reihe mit einem Hauptthyristor eine Drossel zu legen und parallel zum Hauptthyristor einen Löschkreis anzuschließen. Werden mehrere dieser Anordnungen parallel verwendet, um größere Ströme zu beherrschen, dienen die Drosseln zur Entkopplung der Löschkreise.
Zur Kurzschlußstrombegrenzung und zur Netzentkopplung können diese Schalter nicht ohne weiteres eingesetzt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher. Schalter dieser Art auch für Zwei- und Mehrphasenwechselstromnetze verwendbar zu machen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorteile des Schalters nach der Erfindung sind darin zu sehen, daß er zu jeder Zeit durch Zwangskommutierung den Strom unterbricht und dafür kurze Schaltzeiten benötigt. Durch die angegebenen Maßnahmen gelingt es, den Strom im Stromnullgang ganz zu unterbrechen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Leistungsschalter mit zwei antiparallelen Gleichstromschaltern mit Gleichstromwandlern in jedem Zweig,
Fig. 2 einen Leistungsschalter mit einem gemeinsamen Wechselstromwandler,
Fig.3 einen Leistungsschalter mit antiparallelen Thyristoren im Bedämpfungszweig,
Fig.4 einen Leistungsschalter mit antiparalieler Diode und
F i g. 5 einen Leistungsschalter mit einer Reihenschaltung von Widerstand und Thyristor, antiparallel zu der Diode nach F i g. 4.
In F i g. 1 ist eine Phase mit einem elektronischen Leistungsschalter und der zugehörigen Beschallung eines Mehrphasennetzes dargestellt. Der Schalter besteht aus den Hauptthyristoren Th \. Th 2 mit den in Reihe geschalteten Vordrosseln Lh i, Lh 2 und Gleichstromwand-
lern f\, f2. Direkt über den Hauptthyristoren sind die Löschkreise mit den Löschthyristoren TL\, TL2, den Löschkondensatoren Cl i, Cl 2 und den Löschdrosseln Ll i. Ll 2 angeordnet. Die Löschkondensatoren werden aus Transformatoren m\, m2 über Widerstände R], R2- und Dioden D\, D2 aufgeladen. Die Zündelektroden der Thyristoren und die Sekundärwicklungen der Gleichstromwandler sind an eine Signal- und Zündleitung 1 angeschlossen, die an eine Überwachungseinrichtung Ü geführt ist Parailel zu dem Leistungsschalter ist ein Bedämpfungswiderstand Z gefegt
!m normalen Betrieb führen die Hauptthyristoren Th abwechselnd den Strom. Die Vordrosseln Lh dienen zur gegenseitigen Entkopplung der Löschkreise. Die Stromwandler / erfassen phasengerecht den jeweiligen Gleichstrom in den Thyristorzweigen und geben bei Erreichen eines maximalen Stromwenes über eine mehradrige Leitung 1 ein Signal an die Überwachungseinrichtung Ü, die über eine Ader der Leitung 1 ein Zündsignal an den Löschthyristor 71 des jeweils stromführenden Hauptthyristors gibt und gleichzeitig über weitere Adern den Zündstrom für aiie Hauptthyristoren unterbricht Das Zünden des Löschthyristors bewirkt, daß der Hauptstrom auf den Bedämpfungswiderstand Z übergeht und auf einen beherrschbaren Strom begrenzt wird. Der Widerstand Z kann aus einem ohmschen Widerstand, einer Induktivität oder aus einer Kombination eines ohmschen und eines induktiven Widerstandes bestehen.
Der Leistungsschalter nach F i g. 2 weist anstelle der in jedem Hauptthyristorzweig angeordneten und aufwendigeren Gleichstromwandler nach F i g. 1 einen in der gemeinsamen Zuleitung liegenden Wechselstromwandler /auf. Dieser erfaßt ständig den in der Zuleitung fließenden Wechselstrom und wird dann ein Ausgangssignal an die Überwachungseinrichtung Ü legen, wenn der maximale Stromwert erreicht oder überschritten ist. In der Überwachungseinrichtung wird das Signal des Wechselstromwandlers phasengerecht verarbeitet und als Zünd- oder Sperrsignal an die jeweiligen Thyristoren des Leistungssehalters abgegeben.
Nach Fig.3 ist als weitere Variante zum Leistungsschalter und in Reihe mit dem Bedämpfungswiderstand Z eine Antiparallelschaltung von Thyristoren T angeordnet, deren Zündstrom zeitverzögert durch die Überwachungseinrichtung 0 unterbrochen wird. Dadurch kann der über den jeweiligen Löschthyristor Tl fließende Hauptstrom im Stromnulldurchgang sicher unterbrochen werden.
Wird in jeder Phase des Mehrphasennetzes ein elektronischer Leistungsschalter eingesetzt, so ist es möglich, aus Ersparnisgründen die antiparallele Thyristorgruppe durch eine Diode π parallel zum Bedämpfungswiderstand Zzu ersetzen.
Schließlich ist in Fig. 5 in Ergänzung des Ausführungsbeispiels nach Fig.4 in Reihe mit dem Bedämpfungswiderstand Zein Thyristor Tangeordnet, der antiparallel zur Diode η liegt. Hierdurch ist es möglich, den Strom im Nulldurchgang ganz zu unterbrerhen.
Es sei noch erwähnt, daß die Gleichstromwandler in den Beispielen nach den F i g. 1 und 3 Krämerwandler sein können. Ferner kann die Aufladung der Löschkondensatoren Cl sowohl über Transformatoren m als auch extern über einen fremdgespeisten Wechselrichter erfolgen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Elektronischer Leistungsschalter zur Kurzschlußstrombegrenzung und zur Verringerung der Schaltzeiten in Zwei- und Mehrphasennetzen unter Verwendung von Thyristor-Gleichstromschaltern, bestehend aus Haupt- und Löschthyristor und einer Ladeeinrichtung für den Löschkondensator, wobei der Löschkreis direkt über dem Hauptthyristor liegt und Vordrosseln zur gegenseitigen Entkopplung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens (n—l) Phasen zwei Thyristor-Gleichstromschalter (Th) antiparallel geschaltet sind, daß ein Stromwandler (f) zur phasengerechten Erfassung des Stromes angeordnet ist, der bei Erreichen eines maximalen Stromwertes ein Zündsignal an den Löschthyristor (Ti) des stromführenden Hauptthyristors (Th) und die Unterbrechung des Zündstromes bei allen Hauptthyristoren veranlaßt, und daß parallel zur Reihenschaltung von Hauptthyristor (Th) und Vordrossel (LH) ein Widerstand (Z) zur Bedämpfung des Hauptstromes gelegt ist
2.. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Z) aus einem ohmschen Widerstand, einer Induktivität oder aus einer Kombination von Widerstand und Induktivität besteht
3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand (Z) zwei antiparallel geschaltete Thyristoren (T) angeordnet sind, deren Zündstrom zeitverzögert unterbrochen wiru.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (f) in der gemeinsamen Zuleitung angeord st ist, dessen Ausgangssignal an eine Überwachungseinheit (Cl) geführt ist.
5. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (I) ein Gleichstromwandler (Krämerwandler) ist und in jedem der antiparallelen Hauptthyristorzweige liegt.
6. Leistungsschalter nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe Aufladung der Löschkondensatoren (Cl) über einen fremdgespeisten Wechselrichter erfolgt.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Phase ein elektronischer Leistungsschalter angeordnet ist, bei dem parallel zum Bedämpfungswiderstand (Z)eine Diode (^gelegt ist.
8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Leistungsschalter mit antiparalleler Diode die Reihenschaltung eines Thyristors (T) und eines Widerstandes (Z) gelegt ist.
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