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Dokumentenidentifikation DE3223295C3 08.05.1991
Titel Hochspannungsthyristoranordnung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Sashida, Nobuo, Hyogo, JP;
Kashino, Eizoo, Toyonaka, Osaka, JP
Vertreter Kern, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 22.06.1982
DE-Aktenzeichen 3223295
Offenlegungstag 21.07.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.01.1987
Date of publication of amended patent 08.05.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.1991
IPC-Hauptklasse H02H 9/04

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungsthyristoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Hochspannungsthyristoranordnung, welche beispielsweise als Gleichrichter für Gleichspannungsübertragungseinrichtungen, Frequenzwandler und dgl. verwendet werden kann, ist bereits aufgrund der US-PS 39 47 726 bekannt. Entsprechend Fig. 1 weist eine derartige Hochspannungsthyristoranordnung eine Mehrzahl von zwischen zwei Anschlüssen 5 in Reihe geschalteten Thyristoren 1 auf, parallel zu welchen entsprechende Blitzschutzelemente bzw. Überspannungsableiter 2 in Form von nicht linearen Widerständen vorgesehen sind. Parallel zu den einzelnen Thyristoren sind fernerhin Serienschaltungen in Form von Kondensatoren 3 und Widerständen 4 vorgesehen, mit welchen erreicht werden kann, daß die an den Anschlüssen 5 anliegende Spannung gleichmäßig auf die einzelnen Thyristoren 1 verteilt wird.

Wenn an einer derartigen Hochspannungsthyristoranordnung im abgeschalteten Zustand der Thyristoren kurz vor ihrer Zündung eine Überspannung, beispielsweise aufgrund eines Blitzeinschlags auftritt, dann fließt durch die Hochspannungsthyristoranordnung ein Strom, welcher gemäß Fig. 2 durch die nicht lineare Kennlinie Z der Blitzschutzelemente 2 festgelegt ist. Der sich dabei ergebende zeitliche Spannungsverlauf entspricht dabei der Kurvendarstellung von Fig. 3a, wobei der Zeitpunkt t1 dem Zündzeitpunkt der Thyristoren 1 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt t2, welcher kurz nach dem Zündzeitpunkt t1 der Thyristoren 1 folgt, ist die an den Elementen 1 und 2 anliegende Spannung gemäß Fig. 3a von einem Wert V1 nur geringfügig auf einen Wert V2 abgefallen. Aufgrund der Nichtlinearität des elektrischen Widerstandes der Blitzschutzelemente 2 fällt jedoch gemäß Fig. 3b der durch die Blitzschutzelemente 2 fließende Strom von einem Wert I1 zum Zeitpunkt t1 auf einen sehr kleinen Wert I2 zum Zeitpunkt t2 ab, während auf der anderen Seite gemäß Fig. 3c der durch die einzelnen Thyristoren 1 fließende Strom innerhalb des Zeitintervalls t1-t2 sehr rasch ansteigt. Dies bedeutet, daß innerhalb des Zeitintervalls t1-t2 eine sehr rasche Verschiebung des durch die Blitzschutzelemente 2 fließenden Stromes in Richtung der Thyristoren 1 zustande kommt, wodurch die Gefahr besteht, daß innerhalb einzelner Thyristoren 1 ein Spannungsdurchbruch und damit eine Beschädigung des jeweiligen Thyristors 1 zustande kommen kann. Derartige Hochspannungsthyristoranordnungen konnten demzufolge bisher nur mit relativ begrenzten Betriebsspannungen betrieben werden, um einen ungewünschten Spannungsdurchschlag aufgrund einer zu raschen Verschiebung der durch die Blitzschutzelemente fließenden Stromes in Richtung der Thyristoren im Anschluß an ihre Zündung zu vermeiden.

Anhand des Artikels "Thyrister Converter Valve for 100 kV DC-Bridge Voltage" in den Brown Boveri Mitteilungen 1969, Vol. 56 Nr. 2 sind in Fig. 12 und 17 Prinzipschaltbilder für Thyristorventile gezeigt, bei denen die schematisch dargestellten Thyristorventile (V1, V2) durch eine Anordnung gemäß Fig. 6 realisierbar sind. Bei einer derartigen Schaltung sind die Sättigungsdrosseln jeweils in Reihe zu einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Thyristoren angeordnet, zu welchen jeweils ein Überspannungsableiter parallel liegt. Die vorgesehenen Drosseln können dabei keine Schutzfunktion für die einzelnen Thyristoren ausüben. Die zusätzlichen Blitzschutzelemente der Prüfschaltungen, welche als Schutz für die Gesamtheit der Thyristorventile dienen, sind dabei bezüglich ihres Ansprechwertes auf den der einzelnen Ableiter innerhalb der Ventile abzustimmen, wobei davon auszugehen ist, daß sie erst nach diesen ansprechen sollen und demzufolge keinen Schutz ergeben.

Gemäß einem Artikel in den AEG-Mitteilungen 41 (1951) 9/10 Seiten 210/211 ist ferner ein Quecksilbergleichrichter bekannt, bei welchem ein abnormaler Rücklichtbogen auftreten kann, falls während des Vorhandenseins einer negativen Spannung aufgrund einer sekundären Elektronenemission die gewünschte Blockierfähigkeit nicht zustandekommt, wodurch ein Kurzschlußzustand der Quecksilberröhre hervorgerufen wird. Eine in Verbindung mit diesem Quecksilbergleichrichter vorgesehene Anodenimpedanz ist dabei derart angeschlossen, daß sie die während derartiger Kurzschlußzustände auftretenden Überströme unterdrückt, so daß auf diese Weise der Betrieb stabilisiert werden kann.

Unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Hochspannungsthyristoranordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dieselbe selbst bei Einsatz von Thyristoren mit begrenztem Stromanstieg unter optimalen, d. h. möglichst hohen Betriebsspannungen betrieben werden kann, ohne daß dabei die Gefahr ungewünschter Spannungsdurchbrüche an den einzelnen Thyristoren besteht, welche durch das Auftreten von Überspannungen kurz vor dem Zünden der einzelnen Thyristoren ausgelöst werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Durch das Vorsehen von einzelnen Reaktanzen bzw. Drosselspulen in Reihe mit den jeweiligen Thyristoren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erreicht werden, daß beim Auftreten einer Überspannung kurz vor dem Zünden der einzelnen Thyristoren und der dadurch bedingten Aktivierung der vorgesehenen Blitzschutzelemente nach dem Zünden der Thyristoren eine relativ langsame, d. h. begrenzte Verschiebung des durch die Blitzschutzelemente fließenden Stromes in Richtung der durchgeschalteten Thyristoren zustande kommt, so daß auf diese Weise eine Beschädigung der Thyristoren aufgrund eines zu raschen Stromanstiegs vermieden werden kann. Die vorgesehene Hochspannungsthyristoranordnung kann demzufolge mit einer relativ hohen Nennspannung sicher betrieben werden, was wiederum bedeutet, daß bei vorgegebener Betriebsspannung die Anzahl der in Serie geschalteten Thyristorstufen gering gehalten werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile:

  • 1. Die an den entsprechenden Thyristoren anliegende Schwellspannung wird durch die vorgesehenen Überspannungsableiter gleichförmig verteilt.
  • 2. Die Strom/Spannungscharakteristik des Überspannungsableiters kann anhand des Schwellstromes des angeschlossenen Leistungssystems und der dielektrischen Eigenschaften des Thyristors beliebig festgelegt werden, weil der Kommutationswert di/dt nicht berücksichtigt werden braucht.
  • 3. Im Fall, daß der in Richtung des Überspannungsableiters fließende Strom auf den Thyristor umgeleitet wird, kann der di/dt-Wert in Abhängigkeit der dielektrischen Stärke des Thyristors durch die einzelnen Reaktanzen unterdrückt werden.


Da aufgrund der genannten Vorteile die Anzahl der in Serie angeordneten Thyristoren auf einen Minimalwert reduziert werden kann, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Hochspannungsthyristoranordnungen mit sehr geringen Kosten hergestellt werden. Zusätzlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die CR-Serienschaltungen jeweils unmittelbar an den einzelnen Thyristoren angeschlossen sind, was eine sehr viel bessere Unterdrückung des dv/dt-Wertes zum Zündzeitpunkt und beim Vorhandensein eines Überschußwertes in der Vorwärtsrichtung ergibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Thyristorventils;

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Spannungs-Strom-Charakteristik eines Blitzschutzelementes oder Überspannungsableiters;

Fig. 3(a) bis 3(c) Wellenform-Diagramme zur Erläuterung der Zusammenhänge, die beim Zünden eines Thyristors auftreten; und in

Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristorventils.

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert, in der die gleichen Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 4 sind mit dem Bezugszeichen 6 Reaktanzen oder Drosselspulen bezeichnet. Die jeweilige Drosselspule 6 ist in Reihe mit dem entsprechenden Thyristor 1 geschaltet, mit dem die Spannungsteileranordnung, bestehend aus Spannungsteiler-Kondensator 3 und Spannungsteiler-Widerstand 4 parallelgeschaltet ist, und die Drosselspulen 6 bilden eine Unterdrückeranordnung, um zu verhindern, daß die Thyristoren 1 durch eine übermäßige Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit einen Durchbruch erleiden. Eine Reihenschaltungsanordnung, bestehend aus Drosselspule 6 und Thyristor 1, ist parallel zu dem entsprechenden Blitzschutzelement oder Überspannungsableiter 2 geschaltet. Die anderen Bauelemente sind die gleichen wie beim Stande der Technik.

Das Thyristorventil der oben beschriebenen Anordnung arbeitet folgendermaßen. Nimmt man an, daß ein Stromstoß vom Anschluß 5 im Abschalt-Zustand oder AUS-Zustand des Thyristorventils hineingeflossen ist, so fließt der Stromstoß entsprechend der Charakteristik gemäß Fig. 2 durch das Blitzschutzelement bzw. den Überspannungsableiter 2. Wenn der Thyristor 1 zu diesem Zeitpunkt zündet, wird der bis dahin durch den Überspannungsableiter 2 geflossene Strom zum Thyristor 1 kommutiert bzw. umgepolt. Der Anstieg des Stromes, der zu dieser Zeit in den Thyristor 1 fließt, wird von der Drosselspule 6 unterdrückt. Wenn daher die Induktivität der Drosselspule 6 vorher ausreichend groß gemacht worden ist, kann die Einschalt-Stromaufbaurate des Thyristors innerhalb der Auffangkapazität unterdrückt werden, und es kann verhindert werden, daß der Thyristor 1 beim Einschalten einen Durchbruch erleidet.

Das erfindungsgemäße Thyristorventil der oben beschriebenen Art hat dementsprechend die Wirkung, daß, wie hoch die Spannung eines elektrischen Versorgungssystems auch sein mag, das Thyristorventil betrieben werden kann, indem man lediglich die Überspannungsableiter 2 so wählt, daß sie an den maximalen Stromstoßwert des elektrischen Systems angepaßt sind, an das sie angeschlossen sind.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Drosselspule 6 bis zum Maximalwert des Stromstoßes ungesättigt bleiben, und es ist nichts dagegen einzuwenden, wenn sie mit einem Leitungsstrom nach dem Einschalten des Thyristors 1 gesättigt wird. Als Drosselspule 6 ist es somit möglich, eine sättigbare Reaktanz oder Drosselspule zu verwenden, die von einem Strom gesättigt wird, dessen Stromstärkenwert größer ist als der Maximalwert des Stromstoßes. In diesem Falle kann nicht nur die gleiche Wirkung wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden, sondern die Anordnung kann auch kompakter hergestellt werden.

Wie vorstehend erläutert, sind gemäß der Erfindung Drosselspulen angeschlossen, um die Aufbaugeschwindigkeit des Stromes zu unterdrücken, der von den Blitzschutzelementen oder Überspannungsableitern kommutiert wird, wenn die Thyristoren, deren Blitzschutzelemente oder Überspannungsableiter einzeln parallel zu ihnen geschaltet sind, beim Anlegen eines Stromstoßes zünden. Dies bringt den Effekt mit sich, daß ein Thyristorventil gegenüber einer übermäßigen Belastung durch die Einschalt-Stromaufbaugeschwindigkeit geschützt werden kann.


Anspruch[de]
  1. Hochspannungsthyristoranordnung mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Thyristoren, zu welchen jeweils RC- Glieder parallel liegen, wobei jedem Thyristor zusätzlich ein Blitzschutzelement bzw. Überspannungsableiter zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Thyristor (1) eine sättigbare Drosselspule (6) in Reihe geschaltet ist, und daß die einzelnen Blitzschutzelemente bzw. Überspannungsableiter (2) jeweils parallel zu den Reihenschaltungen aus Thyristor (1) und Drosselspule (6) liegen, wobei die Drosselspule (6) derart bemessen ist, daß ihr Sättigungsstrom größer als der maximal zu erwartende Stromstoß ist.






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