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Anordnung zum selektiven Abschalten eines Metalldampfgleichrichters.
Beim Parallelarbeiten mehrerer Metalldampfgleichrichter kann der Fall eintreten,
daß die ganze parallel arbeitende Gruppe vom Netz abgeschaltet werden muß, wenn
in einem der Gleichrichter eine Rückzündung auftritt. Diese stellt in den meisten
Fällen einen Kurzschluß für das Netz und für die anderen Gleichrichter dar, und
um weitere Schäden zu vermeiden, werden vielfach selbsttätige Ausschaltvorrichtungen
verwendet, welche in Abhängigkeit vom Belastungsstrom die Gruppe abschalten, sobald
dieser einen gewissen Maximalwert überschreitet. Diese Betriebsunterbrechung ist
aber eine durchaus unwirtschaftliche und störende Maßnahme, welche nach Möglichkeit
vermieden wird. Es genügt praktisch, den Gleichrichter, in welchem die Rückzündung
auftritt, allein abzuschalten. Hierzu bedarf es besonderer Einrichtungen, welche
dieses selektive Abschalten bewirken.
Die nachfolgend beschriebene
Erfindung macht zur Herbeiführung der selektiven Abschaltung eines Metalldampfgleichrichters
von einer Erscheinung Gebrauch, die bei jedem Gleichrichter im Störungsfalle zu
beobachten ist. Im allgemeinen werden die Gleichrichter in symmetrischen Schaltungen
betrieben, d. h. es wird ihnen symmetrischer Mehrphaseriström zugeführt; die Anoden
sind in bezug auf Lage und Zahl symmetrisch zur Kathode angeordnet, unter Umständen
werden zwei an sich symmetrische Wicklungs- und Anodengruppen über eine Saugdrosselspule
verbunden, an deren Mitte (also wieder symmetrisch zu den Gruppen) der Gleichstromminusleiter
angeschlossen ist usw. Entsprechend stellt sich auch bei gesundem Gleichrichter
die Ström- und Spannungsverteilung auf die einzelnen Teile symmetrisch ein. Diese
Symmetrie wird aber im Falle des Auftretens einer Rückzündung bzw. eines Kurzschlusses
.erheblich' gestört, schon weil bei derart hoher Beanspruchung auch kleine Verschiedenheiten
der Anordnung oder des Materials zu großen Unterschieden der Spannungs- und Stromverteilung
führen.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Anordnung zum selektiven Abschalten
eines Metalldampfgleichrichters bei einer in ihm. selbst auftretenden Rückzündung,
bei welcher eine Einrichtung vorgesehen ist, welcheunter Wirkung der durch die Rückzündung
im Gleichrichter verursachten Unsymmetrie der irr. Gleichrichter fließenden Ströme
bzw. der Spannungen dieser Ströme die Abschaltung des Gleichrichters bewirkt.
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Die Erfindung sei an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Abb. i zeigt die Einrichtung für den Fall, daß die sechsphasige Sekundärwicklung
eines den Gleichrichter speisenden Transformators in zwei symmetrische Dreiphas,ensysteme
zerlegt--ist; - deren Nullpunkte über eine Saugdrossel verbunden sind.
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Abb. 2 stellt den gleichen Fall _ ohne Saugdrosselspule dar.
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Abb. 3 veranschaulicht die Einrichtung, wenn die den Gleichrichter
speisende Sekundärwicklung in der Mehrfachstern- (der sogenannten Schneeflocken-)
Schaltung angeordnet ist, und Abt. q. schließlich zeigt die Einrichtung bei einer
Sekundärwicklung in Polygonschaltung mit zwei Sternpunkte bildenden Radialwicklungen.
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In dem Ausführungsbeispiel der Abb. r ist das den Transformator speisende
Netz N", die Primärwicklung P, die Sekundärwicklungen Qi, Q2 des Transformators
T, der Gleichrichter G, die Saugdrossel D, das Gleichstromnetz N, und ein Ohmscher
Widerstand W, ferner zwei die Schalter S1 bzw.-S2 betätigende Relais R1 und R2 dargestellt.
In den übrigen Abbildungen sind der Einfachheit halber das Netz N, die Primärwicklung
P und der Gleichrichter G, der Primärschalter S, und das zugehörige Relais
R, fortgelassen.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende: In Abb. i ist
bei gesundem Gleichrichter die Spannung zwischen den äußeren Klemmen des Widerstandes,
W annähernd gleich Null. Es fließt zwar zwischen den beiden Sternpunkten.0" und
02 ein Strom der dritten Harmonischen, aber dieser Strom ist gegenüber dem den Widerstand
durchfließenden Gleichstrom gering, da er durch die Saugdrosselspule.D gedrosselt
wird. Der vom Minusleiter (-) des Gleichstromnetzes N, über den Anzapfpunkt M zum
Sternpunkt 0,
fließende Gleichstrom durchfließt nur eine (in der Abbildung
die obere) Hälfte des Widerstandes W, während der vom Minusleiter über M zum Sternpunkt
02 fließende Gleichstrom (gleicher Stärke) die andere (in der Abbildung die untere)
Hälfte des Widerstandes W, aber im entgegengesetzten Sinne durchfließt. Die Spannungsabfälle
in den Hälften des Widerstandes sind somit einander entgegengerichtet gleich, so
daß an den äußeren Klemmen des Widerstandes, bei gesundem Gleichrichter keine Gleichspannung
herrscht. Tritt nun aber infolge einer Rückzündung eine Symmetriestörung im Gleichrichter
auf, indem beispielsweisse die Wicklung Q2 in Kurzschluß gerät, dann ist der von
M nach 02 fließende Gleichstrom gleich Null, so daß für diesen fließt. Augenblick
Dadurch ein Gleichstrom entsteht aber nur an von den AI äußeren nach 0 1
Klemmen
des Widerstandes eine erhebliche Gleichspannung, die zur Betätigung der Ausschaltrelais
R, und R2 benutzt werden kann. Durch das Relais R2 wird der Gleichrichter durch
Öffnung .des Schalters S2 vom Gleichstromnetz Ng, durch- das -Relais- i--Üagegen
durch Öffnung des Schalters S1 vom Primärnetz N, abgetrennt. Es ist damit der Störungsherd
selektiv abgeschaltet, und :es ist nicht notwendig, den Betrieb der ganzen Anlage
zu unterbrechen.
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In Abb. 2 soll die Einrichtung an einer der Abb. i gleichen Anordnung
gezeigt «erden, nur mit dem Unterschied, daß kleine Saugdrosselspule vorhanden ist.
Hier würde sich eine erhebliche Spannung der dritten Harmonischen an den Klemmen
.des Widerstandes auch bei gesundem Zustand des Gleichrichters einstellen. Um diese
Spannung zu unterdrücken,- erhält der Magnet des Relais eine zweite in sich kurzgeschlossene
Spule Z, welche das Entstehen einer Wechselspannung an den Klemmen des Widerstandes
verhindert. Das Relais ,R --schließt gewissermaßen den Widerstand W für -Wechselströme
kurz, indem -es
die Wechselströme nahezu widerstandsfrei hindurchläßt.
Die in der Relaisspule auftretenden Wechselstromamperewindungen werden, dabei durch
die Amperewindungen der Spule Z kompensiert. Im übrigen gelten die gleichen t-berlegungen
wie für die Anordnung nach Abb. i.
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In Abb.3 besteht die Sekundärwicklung des Transformators in an sich
bekannter Weise aus drei in Stern geschalteten -dreiphasigen Wicklungsgruppen Q-Q-Q,
von denen jede selbst wieder eine Sternschaltung bildet. In den gemeinsamen Sternpunkt
der Wicklungen wird nun erfindungsgemäß ein in Stern geschalteter Widerstand w eingeschaltet,
von dessen Sternpunkt M der Nfinusleiter des Gleichstromnetzes abzweigt. An die
äußeren Klemmen, also an die verketteten Spannungen des Widerstandssternes sind
nun Relais 12 angeschlossen, aber auch hier ist, wie in Abb. 2, jedes Relais mit
einer Kurzschlußwicklung Z versehen, damit an den Klemmen des Widerstandes keine
Wechselspannung herrschen kann. Sind die im Widerstand vom Sternpunkt nach den Klemmen
fließenden Gleichströme einander gleich, liegt also ein störungsfreier Betrieb vor,
dann ist die Gleichspannung an den Klemmen des Widerstandes gleich Null. Tritt aber
eine Rückzündung im Gleichrichter auf, dann --bilden sich Gleichspannungen am Widerstand,
welche die Abschaltrelais zum Ansprechen bringen.
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Im Ausführungsbeispiel der Abb. .l befindet sich die Sekundärwicklung
des den Gleichrichter speisenden Transformators in an sich bekannter Polygonschaltung.
Die sechs. Eckpunkte des Polygons sind m:t sechs Wicklungen verbunden, «-elche radial
angeordnet sind und unter sich zwei symmetrische Dreiphasensterne.bilden. Die beiden
Nullpunkte 0,
und O= dieser Sterne sind erfindungsgemäß über den -\@'iderstand
W miteinander verbunden, dessen Mittelpunkt M der Anzapfpunkt für den Minusleiter
des Netzes ist. L`ber diesen Widerstand fließen bei gesundem Gleichrichter zwei
Gleichströme, und zwar ein Strom von M nach 0, und gleichzeitig ein
Strom von M nach O- Wegen der Symmetrie der Anordnung sind diese Gleichströme einander
gleich; die in den Hälften des Widerstandes verursachten Spannungsabfälle sind somit
einander entgegengerichtet. Normalerweise herrscht somit keine Gleichspannung in
den Klemmen des Widerstandes. Es ist nun eine bekannte Eigenart der Polygonschaltung,
daß kein erheblicher Strom der dritten Oberwelle von 01 nach O-, fließt, so daß
das Anbringen einer Kurzschlußwicklung auf dem Magneten des Relais nicht erforderlich
ist. Im Falle einer Rückzündung dagegen tritt auch hier an den Klemmen des Widerstandes
eine Gleichspannung auf, welche das Relais betätigt und den kranken Gleichrichter
vom -Netz abschaltet.