DE2451578A1

DE2451578A1 - Schaltung zur ueberspannungsbegrenzung in gleichstrom-verteilsystemen

Info

Publication number: DE2451578A1
Application number: DE19742451578
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Ganzer; Heinrich Dipl Ing Schott
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1976-05-13

Description

Schaltung zur Überspannungsbegrenzung in Gleichstrom-Verteilsystemen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Überspannungsbegrenzung in Gleichstrom-Verteilsystemen zur jvjehrfachverzweigung auf eine größere Anzahl von spannun»sempfindlichen Verbrauchern oder Verbrauchergruppen.
Im Verteilsystem einer zentralen Gleichstromversorgung können nach einem Kurzschluß erhebliche Überspannungen auftreten, wenn der in der Beitungsinduktivität fließende Kurzschlußstrom beim Auslösen einer Sicherung mehr oder weniger schnell abgeschaltet wird. Amplitude und Dauer der Überspannung hängen von der IeitungsinduXtivität, vom abgeschalteten Kurzschlußstrom und vom Eingangswiderstand der verbleibenden Verbraucher ab. Ist der Verbraucherwiderstand nicht niederohmig genug, um die rach einem Kurzschluß freiwerdende Speicherenergie der Letungsinduktivität unter Vermeidung einer unzulässig hohen Überspannung unschädlich zu machen, dann kann zur Begrenzung der Überspannung eine Ersatzlast in Form eines genügend großen Kondensators verwendet werden, der die Stromquelle im ungestörten Betriebszustand nicht belastet. Die Leitungsinduktivität und die zusätzlich vorgesehene Kapazität bilden jedoch einen Serienschwingkreis, der bei geringer Belastung nur wenig bedämpft ist und zu störenden Einschwlngvorgängen führt. Würde in die gemeinsame Zuleitung zu diesem Kondensator und zu den Verbrauchern eine Diode eingeschaltet, so kann das Zurückschwingen zwar verhindert werden. Die Entladung des Kondensators, die nur über die noch in Betrieb befindlichen Verbraucher erfolgen kann, führt jedoch zu einer unerwünschten Verlängerung der Dauer der Überspannung (SpannuzEs-Zeitintegral) Weitere Nachteile dieser Anordnung sind der Spannungsabfall und die Verlusts leistung, die der Betriebsstrom an der Diode ständig verursacht. Die Diode liegt außerdem im turzschlußkreis und würde bereits vor dem Auslösen der Sicherung beansprucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand die nach einem Kurzschluß auftretende Überspannung bei kleinem Spannungs-Zeitintegral auf einen unschädlichen Wert zu begrenzen9 ohne daß die Versorgung der Verbraucher im ungestörten Betriebszustand dadurch nachteilig beeinträchtigt ist0 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Verteilsystem zwischen einem zentralen StromverZ sorgungsgerät und den über Sicherungselemente zu den Vor brauchen führenden Le itungsverzweigungen eine Reihenschaltung aus einem Kondensator hoher Kapazität und einer von einem Widerstand überbrückten Diode im Querzweig der stromftihrenden Leitungen angeordnet ist0 Dabei ist es vorteilhaft, den Entladewiderstand so zu bemessen, daß er bei der Entladung des auf die maximal auftretende Spannung geladenen Kondensators einen Strom führt, der gerade dem kleinsten Belastungsstrom der Verbraucher bei Nennspannung entspricht0 Die Beanspruchungszeit der Diode ist nur kurz und Maßnahmen zur Kühlung sind nicht erforderlich, da an der Diode betriebsmäßig keine Verlustleistung entsteht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erlautertO In Fig. 1 ist ein Verteilsystem zur Versorgung mehrerer Verbraucher, die vor Überspannung zu schützen sind, im Prinzip dargestellt.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Überspannungen.
Von einer zentralen Stromversorgung 5V für z.B. 48 oder 60 V Gleichspannung wird über eine gemeinsame Steigleitung, die eine teitungsinduktivität L aufweist und eine Verzweigungsstelle E eine größere Anzahl von Verbrauchern G speist. In der Fig. 1 ist nur einer der z.B. als Gleichstromumrichter ausgebildeten Verbraucher dargestellt.
Alle Verbraucher sind über Sicherungen Si von der Steigleitung abgezweigt. Zwischen der zentralen Stromversorgung SV und der Verzweigungsstelle E ist zur Begrenzung von Überspannungen, die nach einem Kurzschluß an den Eingangsklemmen 1, 2 des Verbrauchers G auftreten können, im Querzweig der Steigleltalug eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C1 und eier Diode D vorgesehen. Die Diode D ist durch einen Entladewiderstand R überbrückt.
Der in der Fig. 1 angedeutete Kurzschluß K am Eingang eines der Verbraucher führt zu einem starken Stromanstieg in der Steigleitung und schließlich zum Auslösen der vorgeschalteten Sicherung Si. Die in der Leiungsinduktivität Ii gespeicherte Energie wird zunächst den Kurzschlußstrom aufrechterhalten und eine Überspannung hervorrufen, deren Größe vom Gesamtlastwidersand der noch angeschlossenen Verbraucher abhängig ist. Durch Einschalten des Kondensators Cl, der die in der Leitungsinduktivität L gespeicherte Energie aufnehmen könnte, ist es möglich, die Überspannungsamplitude zu begrenzen. In Fig. 2 ist der Verlauf der Uberspannung bei fehlendem Kondensator durch die Kurve a angedeutet. Der Spannungsverlauf nach Kurve b wird bei Verwendung einns Kondensators ohne Diode erhalten.
Durch die Reihenschaltung des Kondensators Cl mit der Diode D wird ein Zurückechwingen der Überspannung verhindet. Die Bemessung der Diode hängt zwar von dem theoretisch möglichen maximalen Anfangs strom (Kurzschlußstrom) ab. Da die Beanspruchungszeit jedoch seh kurz ist und betriebsmäßig keine Verlustleistung entsteht, sind Maßnahmen zur Kühlung nicht erforderlich. Die Amplitudenbegrenzung durch den Kondensator Cl wirkt in bekannter Weise. Die Entladung erfolgt über einen zur Diode parallel geschalteten Widerstand R, der so bemessen ist, daß bei der maximalenn Spannung am Zusatzkondensator gerade der kleinste Belastungsstrom bei Nennspannung an den Umrichtern geliefert werden kann.
Sind am eingang des Verbrauchers, z.B. des Gleichstromumrichters G, nur Entstörkondensatoren C2, C3 mit kleiner Kapazität vorgesehen, dann ergibt sich eine steil abfallende Flanke im Maximum der Uberspannung. Das wirksame Spannungs-Zeitintegral wird dadurch annähernd halbiert, ohne daß ein störender Einschvingvorgang auftreten kann.
In iig. 2 ist der Verlauf der Überspannung bei Anwendungen der erfindungsgemäßen Schaltung durch die Kurve c wieder gegeben.
2 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

P a t e n t a n 5 pr ü c h e 1. Schaltung zur Überspannungsbegrenzung in Gleichstrom-Verteilsystemen zur Mehrfachverzweigung auf eine größere Anzahl von spannungsempfindlichen Verbrauchern oder Verbrauchergruppen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß im Verteilsystem zwischen einem zentralen Stromversorgungsgerät und den über Sicherung elemente zu den Verbrauchern führenden Beitungsverzvlei gungen eine Reihenschaltung aus einem Kondensator hoher Kapazität und einer mit einem Widerstand überbrückten Diode im Querzweig der stromführenden Leitungen angeordnet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Entladewiderstand so bemessen ist, daß er bei der Entladung des auf die maximal auftretende Spannnng geladenen Kondensators einen Strom führt, der gerade dem kleinsten Belastungsstrom der Verbraucher bei Nennspannung entspricht.

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