Elektrische Überstromschutzeinrichtung Die Erfindung betrifft eine
elektrische überstromschutzeinrichtung für empfindliche Wechselstromverbraucher,
insbesondere für Stromrichter mit Halbleiterventilen auf der Basis einesHalbleitereinkristalls,
bei welcher der Sekundärstromkreis eines vom Laststrom durchflossenen Stromwandlers
eine Parallelschaltung eines Spannungsteilerpfades und eines mit Widerstand behafteten
Strompfades enthält. Stromrichteranordnungen mit Halbleiterventilen, insbesondere
mit einem Siliziumhalbleiterkörper, sind im Vergleich zu anderen elektrischen Geräten
verhältnismäßig empfindlich gegen überlastung. Die bisher übliche Auslösung von
Kurzschließeinrichtungen oder Leistungsschaltern über gleichstromvormagnetisierte
Ringkernwandler hat den Nachteil, daß die Größe der von den Wandlern abgegebenen
Stromimpulse von der Steilheit des überstromanstiegs abhängig ist. Zur Auslösung
einer Kurzschließeinrichtung durch derartige Einrichtungen ist beispielsweise eine
Steilheit von mindestens 3 kA/msec erforderlich. Darüber hinaus stellen Ringkernwandler
und Vormagnetisierungseinrichtung einen unerwünscht hohen Aufwand dar. In einer
bekannten Einrichtung enthält der Wandlersekundärkreis eine Parallelschaltung einer
veränderbaren Bürde und eines Widerstandes. Der Widerstand dient als Spannungsquelle,
die einen Stromkreis speist, welcher die Steuerstrecke eines Transistors und eine
in Sperrichtung des Steuerstromes gepolte Zenerdiode enthält. Der Laststrom des
Transistors schaltet den Zeitkreis einer Auslösevorrichtung.Electrical overcurrent protection device The invention relates to a
electrical overcurrent protection device for sensitive AC consumers,
in particular for converters with semiconductor valves based on a single semiconductor crystal,
in which the secondary circuit of a current transformer through which the load current flows
a parallel connection of a voltage divider path and one with resistance
Contains current paths. Converter arrangements with semiconductor valves, in particular
with a silicon semiconductor body, are compared to other electrical devices
relatively sensitive to overload. The usual triggering of
Short-circuiting devices or circuit breakers via direct current pre-magnetized
Toroidal core converter has the disadvantage that the size of the output from the converters
Current pulses depend on the steepness of the overcurrent increase. To release
a short-circuiting device by such devices is, for example
Slope of at least 3 kA / msec required. They also provide toroidal converters
and biasing device represent an undesirably high cost. In one
known device, the converter secondary circuit contains a parallel connection of a
changeable burden and a resistance. The resistor serves as a voltage source,
which feeds a circuit, which the control path of a transistor and a
Contains Zener diode polarized in the reverse direction of the control current. The load current of the
Transistor switches the timing circuit of a trip device.
Eine derartige Einrichtung wird erfindungsgemäß dadurch verbessert,
daß der Widerstandspfad eine induktive Komponente hat und der Abgriff des Spannungsteilers
mit der Zündelektrode eines wie ein Stromtor steuerbaren Ventils, insbesondere eines
Vierschichten-Halbleiterventils, verbunden ist, welches dem Spannungstenler parallel
geschaltet ist und dessen Arbeitsstromkreis ein Auslöseglied für einen Hauptstromschalter
enthält. Die Einrichtung hat den Vorteil, daß der Ansprechwert von der Steilheit
des Überstromes abhängig ist, d. h. der Ansprechwert wird mit zunehmender Steilheit
des Überstromanstieges vermindert. Der Auslösebefehl für die Schutzeinrichtungen
wird beim Erreichen des Ansprechwertes nahezu trägheitslos auf die entsprechenden
Schalteinrichtungen gegeben. Die Auslösezeit ist lediglich gegeben durch die Schaltzeit
des betreffenden Kurzschließers bzw. Leistungsschalters, auf den die Auslösevorrichtung
wirkt.Such a device is improved according to the invention by
that the resistance path has an inductive component and the tap of the voltage divider
with the ignition electrode of a valve that can be controlled like a current gate, in particular one
Four-layer semiconductor valve, which is connected to the voltage converter in parallel
is switched and its working circuit is a trigger element for a main power switch
contains. The device has the advantage that the response value depends on the slope
the overcurrent is dependent, d. H. the response value increases with increasing slope
the overcurrent increase is reduced. The trip command for the protective devices
when the response value is reached, the corresponding
Switching devices given. The tripping time is only given by the switching time
of the relevant short-circuiter or circuit breaker to which the tripping device
works.
Ein Ausführungsbeispiel einer Schutzeinrichtung nach der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt. Ein Stromrichter 2 in Drehstrombrückenschaltung
enthält in jedem Brückenzweig eine Reihenschaltung eines Halbleiterventils 3, beispielsweise
einerSiliziumzelle, und einer Sicherung 4. An Stelle der Halbleiterventile 3 können
beispielsweise auch steuerbare Ventile, beispielsweise Vierschichthalbleiterventile,
vorgesehen sein. Auf der Gleichstromseite ist ein Verbraucher 5 in Reihe mit einem
Gleichstromleistungsschalter 6 mit einer Fernauslösevorrichtung 7, welche von einer
Schutzeinrichtung betätigt werden kann, angeordnet. Der Stromrichter ist über einen
Transformator mit der Sekundärwicklung 8 und der Primärwicklung 9 und über einen
Leistungsschalter 10, der mit einer Fernauslösevorrichtung 11 versehen ist, an ein
Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T ;ingeschlossen. Auf der Sekundärseite des Transformators
ist eine Kurzschließvorrichtung 12 mit einer Auslösevorvorrichtung 13 vorgesehen.
Für große Kurzschlußströme können auch mehrere Kurzschließvorrichtungen parallel
geschaltet sein. In den Phasen R und T der Zuleitungen des Stromrichters 2 ist in
Reihe mit den entsprechenden Transformatorsekundärwicklungen je ein Stromwandler
16 bzw. 18 angeordnet. Die Wandlersekundärwicklungen sind in V geschaltet und mit
einem Hilfsgleichrichter 19 in Drehstrom-Brükkenschaltung verbunden, der in jedem
Brückenzweig eines der Gleichrichterventile 20 enthält. Im Lastkreis des Hilfsgleichrichters
ist ein steuerbares Ventil 23, insbesondere ein Vierschicht-Halbleiterventil, in
Reihe mit zwei Auslösern 24 bzw. 25 angeordnet. Das Ventil 23 kann auch im Stromkreis
einer besonderen Hilfsspannungsquelle angeordnet sein. Der Auslöser 24 kann beispielsweise
zur Betätigung der beiden Leistungsschalter 6 und 10 und der Auslöser 25 zur Betätigung
des Kurzschließers 12 vorgesehen sein.
Der Reihenschaltung des Ventils
23 und der Auslöser 24 und. 25 ist eine Bürde parallel geschaltet, die aus der Parallelschaltung
eines ohmschen Spannungsteilers 27 und eines ohmschen Widerstandes 28 in Reihe mit
einem induktiven Widerstand 29 besteht. Für den Spannungsteiler 27 wird zweckmäßig
ein hochohmiger Widerstand gewählt. Der Abgriff des Spannungsteilers 27 ist über
einen spannungsabhängigen Widerstand 26, der beispielsweise eine Zenerdiode sein
kann, mit der Zündelektrode des Ventils 23 verbunden.An embodiment of a protective device according to the invention is shown in the drawing. A converter 2 in a three-phase bridge circuit contains a series circuit of a semiconductor valve 3, for example a silicon cell, and a fuse 4 in each bridge branch. Instead of the semiconductor valves 3, controllable valves, for example four-layer semiconductor valves, can also be provided. On the direct current side, a consumer 5 is arranged in series with a direct current circuit breaker 6 with a remote tripping device 7, which can be actuated by a protective device. The converter is connected to a three-phase network with the phases R, S, T; via a transformer with the secondary winding 8 and the primary winding 9 and via a circuit breaker 10, which is provided with a remote release device 11. On the secondary side of the transformer, a short-circuiting device 12 with a tripping device 13 is provided. For large short-circuit currents, several short-circuit devices can also be connected in parallel. In phases R and T of the supply lines of the converter 2, a current transformer 16 or 18 is arranged in series with the corresponding transformer secondary windings. The converter secondary windings are connected to V and connected to an auxiliary rectifier 19 in a three-phase bridge circuit, which contains one of the rectifier valves 20 in each bridge branch. In the load circuit of the auxiliary rectifier, a controllable valve 23, in particular a four-layer semiconductor valve, is arranged in series with two triggers 24 and 25, respectively. The valve 23 can also be arranged in the circuit of a special auxiliary voltage source. The trigger 24 can be provided, for example, to operate the two circuit breakers 6 and 10 and the trigger 25 to operate the short-circuiter 12. The series connection of the valve 23 and the trigger 24 and. 25, a load is connected in parallel, which consists of the parallel connection of an ohmic voltage divider 27 and an ohmic resistor 28 in series with an inductive resistor 29. A high-value resistor is expediently chosen for the voltage divider 27. The tap of the voltage divider 27 is connected to the ignition electrode of the valve 23 via a voltage-dependent resistor 26, which can be a Zener diode, for example.
Bei Nennbetrieb des Stromrichters 2 ist das Ventil 23 gesperrt und
der Strom im Wandlersekundärkreis fließt über die Widerstände 27, 28 und 29: Die
Zenerspannung der Zenerdiode 26 ist so gewählt, daß sie bei Nennlast des Stromrichters
2 noch gesperrt ist. Steigt der Laststrom des Stromrichters 2 und damit der Wandlersekundärstrom
über einen vorbestimmten Wert hinaus an, so wird die Zenerspannung überschritten
und das Ventil 23 gezündet. Die Nennbürde ist so ausgelegt, daß die Summe der Widerstände
des gezündeten Stromtores 23 und der Auslöser 24 und 25 etwa eine Größenordnung
niedriger ist als der Widerstand der Nennbürde, so daß nach dem Zünden des Ventils
23 nahezu der gesamte Wandlersekundärstrom über die Auslöser 24 und 25 fließt. Die
Zündspannung für das Ventil 23 kann auch direkt am Widerstand 28 abgenommen
werden, die Anordnung des besonderen Spannungsteilers 27 ermöglicht jedoch die genaue
Einstellung des Ansprechwertes der Auslöseschaltung sowie den Ausgleich von Streuungen
in den Kenngrößen der Zenerdiode. Ferner dient der Spannungsteiler 27 zur Begrenzung
des Steuerstromes für das Ventil 23. Die Anordnung der Induktivität 29 in Reihe
mit dem ohmschen Widerstand 28 bringt den Vorteil, daß der Spannungsabfall an der
Bürde vom Anstieg des Überstromes abhängig wird. Bei einem steilen Anstieg des Überstromes
wird die Zündspannung des Ventils 23 in kürzerer Zeit und bei einem kleineren Augenblickswert
des überstromes erreicht als bei einem flachen Anstieg.During nominal operation of the converter 2, the valve 23 is blocked and the current in the converter secondary circuit flows through the resistors 27, 28 and 29: The Zener voltage of the Zener diode 26 is selected so that it is still blocked at the nominal load of the converter 2. If the load current of the converter 2 and thus the converter secondary current rise above a predetermined value, the Zener voltage is exceeded and the valve 23 is ignited. The nominal burden is designed in such a way that the sum of the resistances of the ignited current gate 23 and the releases 24 and 25 is about an order of magnitude lower than the resistance of the nominal burden, so that after the ignition of the valve 23, almost the entire secondary converter current through the releases 24 and 25 flows. The ignition voltage for the valve 23 can also be taken directly from the resistor 28, but the arrangement of the special voltage divider 27 enables the precise setting of the response value of the trigger circuit and the compensation of scatter in the parameters of the Zener diode. The voltage divider 27 also serves to limit the control current for the valve 23. The arrangement of the inductance 29 in series with the ohmic resistor 28 has the advantage that the voltage drop across the burden is dependent on the rise in the overcurrent. With a steep rise in the overcurrent, the ignition voltage of the valve 23 is reached in a shorter time and with a smaller instantaneous value of the overcurrent than with a flat rise.