DE902518C

DE902518C - Capacitor switch

Info

Publication number: DE902518C
Application number: DES3038D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Rolf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1940-04-25
Filing date: 1940-04-26
Publication date: 1954-01-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Abschalten einer Leitung, die hochgespannten Gleichstrom führt, unter Last mit Hilfe eines Kondensatorschalters. Was unter dem Begriff Kondensatorschalter zu verstehen ist, soll an Hand der Fig. ι und 2 näher erläutert werden. In Fig. ι seien 5 und 6 die beiden Leiter einer Gleichstromkraftübertragungsleitung, die an ihrem einen Ende einen Wechselrichter 4 speisen möge. Der Kondensatorschalter besteht nun aus einem im Zuge der Gleichstromleitung, also beispielsweise in dem positiven Leiter 5 liegenden steuerbaren Hilfsentladungsgefäß 3 mit Gas- oder Dampffüllung und einem 'dazu parallel liegenden Umlenkkreis, der einen Kondensator 1 und eine zweite, ebenfalls steuerbare Gas- oder Dampfentladungsstrecke, das sogenannte Schaltrohr, enthält. DieHilfsentladungsstrecke 3 kann gegebenenfalls im normalen Betrieb durch einen Trennschalter überbrückt sein. Der Kondensator 1 wird während des normalen* Betriebes mit den angegebenen Vorzeichen vorgeladen. Zum Zweck der Abschaltung muß zunächst der etwa vorhandene Trennschalter geöffnet werden. Dann fließt der Gleichstrom über das Hilfsrohr. Nunmehr wird an das Gitter des Hilfsrohres 3 ein Sperrpotential gelegt und das Schaltrohr 2 durch entsprechende Beaufschlagung seines Gitters freigegeben. Infolge der Vorladung des Kondensators geht dann die Stromführung mehr und mehr auf den Umlenkkreis über, so daß schließlich das Hilfsrohr 3 stromlos wird und erlischt. Der über den Umlenkkreis fließendeThe invention relates to the disconnection of a line, the high-voltage direct current leads under load with the help of a capacitor switch. What under the term capacitor switch is to be understood, is to be explained in more detail with reference to FIGS. Let 5 in Fig and 6 the two conductors of a direct current power transmission line at one end an inverter 4 may feed. The capacitor switch now consists of a train the direct current line, so for example in the positive conductor 5 lying controllable auxiliary discharge vessel 3 with gas or steam filling and a 'parallel deflection circle, the a capacitor 1 and a second, also controllable gas or vapor discharge path, the so-called switching tube contains. The auxiliary discharge range 3 can, if necessary, be bridged by a circuit breaker during normal operation. Of the Capacitor 1 is precharged with the specified sign during normal * operation. For the purpose of disconnection, any existing isolating switch must first be opened will. Then the direct current flows through the auxiliary pipe. Now is the grid of the auxiliary pipe 3 put a blocking potential and the switching tube 2 by applying its corresponding Lattice released. As a result of the precharging of the capacitor, the current is carried more and more on the deflection circuit, so that finally the auxiliary pipe 3 is de-energized and goes out. The one flowing over the deflection circle

Strom lädt den Kondensator mit umgekehrtem Vorzeichen wieder auf und erreicht sein Ende, wenn diese Aufladung vollendet ist. Dann erlischt auch das Schaltrohr 2, und der Abschaltvorgang ist abgeschlossen. Die Spannung, auf die der Kondensator 'dabei aufgeladen wird, hängt von der magnetischen Energie ab, die in dem abgeschalteten Stromkreis aufgespeichert war.Current charges the capacitor with the opposite sign and reaches its end, when this charge is completed. Then the switching tube 2 also goes out, and the shutdown process is closed. The voltage to which the capacitor is charged depends on the magnetic energy that was stored in the switched-off circuit.

Eine andere Art des Kondensatorschalters zeigt ίο Fig. 2. Die Rolle der im Zuge der Leitung liegenden Hilfsentladungsstrecke wird hier durch die Entladungsstrecken des Wechselrichters 4 oder genauer gesagt durch dessen zuletzt brennende Entladungsstrecke übernommen. Infolgedessen liegt der Umlenkkreis mit dem Kondensator 1 und dem Schaltrohr 2 parallel zu der Gleichstromseite des Wechselrichters. Der Abschaltvorgang geht also hier so vor sich, daß zunächst die Entladungsstrecken des Wechselrichters mit Sperrpotential beaufschlagt werden und sodann das Schaltrohr 2 für die Ent- und Umladung des vorgeladenen Kondensators ι freigegeben wird. Damit der Wechselrichter auch bei Verlust seiner Sperrfähigkeit nicht von neuem zünden kann, ist noch ein Hilfsentladungsgefäß 3' vorgesehen, welches bei dem Abschaltvorgang ebenfalls erlischt und den Wechselrichter von dem Gleichstromkreis trennt. Dieses Hilfsentladungsgefäß 3' kann anstatt hinter auch vor dem Anschlußpunkt des Umlenkkreises an die Gleichstromleitung in dieser liegen.Another type of capacitor switch is shown in ίο Fig. 2. The role of those lying in the course of the line Auxiliary discharge path is here through the discharge paths of the inverter 4 or more precisely said, taken over by its last burning discharge path. As a result, lies the deflection circuit with the capacitor 1 and the switching tube 2 parallel to the direct current side of the Inverter. The disconnection process is so here that first the discharge paths of the inverter with blocking potential are acted upon and then the switching tube 2 for discharging and reloading the precharged capacitor ι is released. So that the inverter does not even if it loses its blocking capability can ignite again is still an auxiliary discharge vessel 3 'is provided, which also goes out during the shutdown process and separates the inverter from the direct current circuit. This auxiliary discharge vessel 3 'can instead of behind also in front of the connection point of the deflection circuit to the direct current line in this.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Kondensatorschaltern durch besondere Maßnahmen eine ausreichende Sperrwirkung der Entladungsstrecken sicherzustellen. Diese Maßnahmen sollen im folgenden an dem Beispiel eines Reihenkondensatorschalters, wie er in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, erläutert werden. Für den Parallelkondensatorschalter, der dem Schema nach Fig. 2 entspricht, gelten ganz entsprechende Überlegungen in sinngemäßer Übertragung.The invention is now based on the object of such capacitor switches by special Measures to ensure a sufficient blocking effect of the discharge paths. These measures are to be used in the following using the example of a series capacitor switch as shown schematically in FIG is illustrated. For the parallel capacitor switch, which follows the scheme Corresponding to Fig. 2, entirely corresponding considerations apply in analogous transfer.

Fig. 3 zeigt eine vollständige Kraftübertragungsanlage für hochgespannten Gleichstrom mit einem Reihenkondensatorschalter. Der Gleichrichter 7 an dem einen Übertragungsende speist über die Fernleitungen 5 und 6 unter Zwischenschaltung einer Glättungsdrossel n den Wechselrichter 4. Der Kondensatorschalter besteht im wesentlichen wiederum aus dem Hilfsentladungsgefäß 3, dem Kondensator 1 und dem Schaltrohr 2. In dem Umlenkkreis liegt noch ein Dämpfungswiderstand 9, der _t den Zweck hat, während des Abschaltvorganges einen Teil der auf der Leitung aufgespeicherten Energie zu vernichten und dadurch die Endspannung, auf die der Kondensator 1 umgeladen wird, herabzusetzen. Weiterhin liegen in dem Entladekreis des Kondensators noch Induktivitäten 8 und 10, die zum Teil schon durch die natürliche Induktivität des Stromkreises gegeben sind und gegebenenfalls durch zusätzliche Drosseln erhöht werden können. Wenn es sich um einen Parallelkondensatorschalter handelt, so liefert auch die Streuung des Wechselrichtertransformators einen wesentlichen Beitrag hierzu.Fig. 3 shows a complete power transmission system for high voltage direct current with a series capacitor switch. The rectifier 7 at one end of the transmission feeds the inverter 4 via the long-distance lines 5 and 6 with the interposition of a smoothing choke which _{t has} the purpose of destroying part of the energy stored on the line during the shutdown process and thereby reducing the final voltage to which the capacitor 1 is recharged. Furthermore, there are inductances 8 and 10 in the discharge circuit of the capacitor, some of which are already given by the natural inductance of the circuit and, if necessary, can be increased by additional chokes. When it comes to a parallel capacitor switch, the scatter of the inverter transformer also makes a significant contribution to this.

In den Fig. 4a bis 4c ist der zeitliche Verlauf der Ströme und Spannungen für die Entladungsgefäße als Diagramm wiedergegeben. Dabei bedeutet i den Leitungsstrom, I_n den Strom im Hilfsrohr, i_s den Strom im Schaltrohr, u_H die Spannung am Hilfsrohr, u_s die Spannung am Schaltrohr. Der abzuschaltende Gleichstrom hat die Größe i = J. Wird im Augenblick t_Q das Schaltrohr freigegeben, so spielt sich bis zur Zeit J₁ zunächst ein Übernahmevorgang ab, im Verlauf dessen der Strom unter dem Einfluß der Kondensatorvorladung vom Hilfsrohr auf den Umlenkkreis übergeht. Die Zeitdauer dieses Vorganges hängt von der Größe der Induktivitäten 8 und 10 ab. Wenn nur die natürlichen Induktivitäten vorhanden sind und ein hoher Dämpfungswiderstand verwendet wird, so erfolgt die Übernahme des Stromes in sehr kurzer Zeit nahezu schlagartig. Durch die bereits erwähnten Zusatzinduktivitäten 8 und 10 kann dieser Zeitraum verlängert und damit die Steilheit der Stromänderung herabgesetzt werden. Nach Erlöschen des Hilfsrohres im Zeitpunkt t₁ führt während des sich nun anschließenden eigentlichen Abschaltabschnittes das Schaltrohr den gesamten Leitungsstrom i, der nach einem gewissen, durch die Entladung des Kondensators bedingten Anstieg im Zeitpunkt t₂ seinen Maximalwert erreicht und sodann infolge der zunehmenden Wiederaufladung des Kondensators bis auf den Wert Null abklingt, der im Zeitpunkt t₃ erreicht wird.The time course of the currents and voltages for the discharge vessels is shown as a diagram in FIGS. 4a to 4c. Here i is the line current, I _{n is} the current in the auxiliary tube, i _{s is} the current in the switching _{tube, u H is} the voltage at the auxiliary tube, and u _{s is} the voltage at the switching tube. The direct current to be switched off has the size i = J. If the switching tube is released at the moment t _Q , a takeover process takes place up to time J ₁ , during which the current is transferred from the auxiliary tube to the deflection circuit under the influence of the capacitor precharge. The duration of this process depends on the size of the inductances 8 and 10. If only the natural inductances are present and a high damping resistance is used, the current is transferred almost suddenly in a very short time. With the additional inductances 8 and 10 already mentioned, this period of time can be lengthened and thus the steepness of the current change can be reduced. After the auxiliary tube has gone out at time t ₁ , the switching tube carries the entire line current i during the subsequent actual disconnection section, which after a certain increase caused by the discharge of the capacitor reaches its maximum value at time t ₂ and then as a result of the increasing recharge of the capacitor until it decays to the value zero, which is reached at time t ₃ .

Die Spannung u_H am Hilfsgefäß (Fig. 4b) ist zunächst, solange dieses Gefäß noch Strom führt, gleich der zu vernachlässigenden Brennspannung. Nach Erlöschen des Hilfsrohres im Zeitpunkt t_x steigt die Spannung sprunghaft auf einen von der Höhe des abzuschaltenden Stromes i abhängigen Betrag ii— der negativen Sperrspannung an, die das Gefäß auf Ventilwirkung beansprucht. Im Verlauf der Umladung des Kondensators nimmt diese negative Sperrspannung wieder ab, geht im Augenblick i_o durch Null, und es erscheint nunmehr eine positive Sperrspannung. Das Wiedereinsetzen des Stromes in dem Hilfsgefäß wird von jetzt an durch die Sperrwirkung des Gitters verhindert. Ist das Hilfsgefäß als Gefäß mit Initialsteuerung durch Tauchzünder ausgebildet, so muß vor Beginn des Abschaltvorganges der Zünderkreis stromlos gemacht werden, so daß das Hilfsgefäß wegen des Fehlens einer Erregung bei Wiederkehr der posi~ tiven Spannung nicht wieder zünden kann. Nach Erlöschen des Schaltrohres 2 liegt am Hilfsrohr 3 die Leerlaufspannung des gesamten Stromkreises, n₅ die bei ungestörtem Wechselrichter und bei Vernachlässigung der Spannungsabfälle gleich Null ist. Das Schaltrohr hat, wie Fig. 4 c zeigt, bis zu seiner Freigabe die Vorladespannung H₀ des Kondensators als positive Sperrspannung auszuhalten, wobei der Stromfluß entweder durch die Sperrwirkung des Gitters oder bei einem Gefäß mit Tauchzünder dadurch verhindert wird, daß der Tauchzünder nicht erregt ist. Während der von i₀ bis i₃ dauernden Stromführung ist dann die Spannung an dem Schaltrohr gleich der wiederum zuThe voltage u _H at the auxiliary vessel (FIG. 4b) is initially, as long as this vessel is still carrying current, equal to the operating voltage to be neglected. After the auxiliary pipe has gone out at time t _x , the voltage rises abruptly to an amount ii that is dependent on the level of the current i to be switched off - the negative reverse voltage that stresses the vessel on valve action. In the course of the charge reversal of the capacitor, this negative reverse voltage decreases again, goes _{through zero at the moment i o} , and a positive reverse voltage now appears. The re-establishment of the current in the auxiliary vessel is prevented from now on by the blocking effect of the grid. If the auxiliary vessel is designed as a vessel with initial control by submersible igniter, the igniter circuit must be de-energized before the switch-off process begins, so that the auxiliary vessel cannot ignite again when the positive voltage returns due to the lack of excitation. After the switching tube 2 has gone out, the auxiliary tube 3 has the no-load voltage of the entire circuit, n _5, which is zero if the inverter is undisturbed and the voltage drops are neglected. As FIG. 4c shows, the switching tube has to withstand the precharge voltage H _{0 of} the capacitor as a positive blocking voltage until it is released, the current flow being prevented either by the blocking effect of the grid or, in the case of a vessel with a submersible fuse, that the submerged fuse is not energized is. During the _{current conduction, which lasts from i 0} to i _3, the voltage on the switching tube is then the same as that in turn closed

vernachlässigenden Brennspannung. Nach dem Erlöschen des Schaltrohres wird dieses durch die Endspannung u_e, auf die der Kondensator aufgeladen wurde, auf Ventilwirkung beansprucht, wobei die negative Sperrspannung im Zeitpunkt i₃ wiederum sprunghaft einsetzt.negligible operating voltage. After the switching tube has gone out, it is subjected to valve action by the final voltage u _e to which the capacitor was charged, the negative blocking voltage again _{suddenly occurring at time i 3.}

Wie die Spannungskurven zeigen, ist bei der Spannungsbeanspruchung der Entladungsgefäße zwischen der positiven und der negativen Sperrspannung zu unterscheiden. Beim Hilfsrohr treten während des Abschaltvorganges nacheinander beide Beanspruchungen auf, während beim Schaltrohr nur die am Schluß des Vorganges eintretende Sperrspannung für den störungsfreien Verlauf des Abschaltvorganges von Bedeutung ist, da die Absperrung der positiven Spannung vor Beginn des Abschaltvorganges ohnehin gewährleistet sein muß. Gemäß der Erfindung werden nun die. im Entladekreis des Kondensators liegenden Induktivitäten und Ohmschen Widerstände, die Kapazität und die Vorladespannung des Kondensators so gegeneinander bemessen, daß bei Abschaltung des höchsten Leistungsstromes zwischen dem Erlöschen der Hilfsentladungsstrecke und der Wiederkehr der positiven Sperrspannung an ihr ein Zeitraum von 10-⁴ bis 10-³ Sekunden liegt. Das Hilfsentladungsgef äß vermag näml ich eine Spannung· inder normalen Durchlaßrichtung nur dann zu sperren, wenn bei dem Erscheinen dieser positiven Spannung die Gasstrecke weit genug entionisiert ist. Dazu ist aber eine stromlose Pause von etwa io~* bis io~³ Sekunden erforderlich.As the voltage curves show, a distinction must be made between the positive and negative reverse voltage when the discharge vessels are subjected to voltage stress. With the auxiliary tube, both stresses occur one after the other during the shutdown process, while with the switching tube only the blocking voltage that occurs at the end of the process is important for the trouble-free course of the shutdown process, since the blocking of the positive voltage must be guaranteed before the start of the shutdown process. According to the invention are now the. lying inductances and ohmic resistance, capacity, and the precharge voltage of the capacitor against each other so sized in the discharge circuit of the capacitor, that when switching off the highest power flow between the extinction of the auxiliary discharge gap and the return of the positive barrier voltage on her a period of 10- ⁴ to 10- ³ Seconds. The auxiliary discharge vessel is only able to block a voltage in the normal forward direction if the gas path is sufficiently deionized when this positive voltage appears. For this, however, a currentless pause of about 10 ~ * to 10 ~ ³ seconds is required.

Daß ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß nach einer vorangegangenen Entladung eine in der Durchlaßrichtung auftretende Spannung nur dann sperren kann, wenn zwischen dem Ende der Entladung und dem Auftreten der Spannung in der Durchlaßrichtung eine zur Entionisierung ausreichende Zeit von etwa 10—⁴ bis 10—³ Sekunden vergangen ist, ist an sich bekannt. Auf diese Tatsache hat man aber 'bisher nur in wenigen ganz speziellen Anwendungsfällen der Entladungsstrecken Rücksicht genommen. Hierzu gehört der Wechselrichterbetrieb, bei dem sich im Gegensatz zum Gleichrichterbetrieb die Spannung an der soeben gelöschten Entladungsstrecke nicht nach negativen, sondern nach positiven Werten hin verändert. Bei Wechselrichtern hat die Berücksichtigung der genannten physikalischen Erscheinung deshalb dazu geführt, daß man durch entsprechende Steuerung der Entladungsstrecken für eine so frühzeitige Ablösung jeder Entladungsstrecke des Wechselrichters sorgt, daß bis zu dem Zeitpunkt, in welchem die positive Spannung an der abgelösten Entladungsstrecke über diejenige an der ablösenden Entladungsstrecke ansteigt, unter Berücksichtigung des von der Belastung abhängigen Stromübergabeabschnittes noch eine hinreichende Entionisierungszeit übrigbleibt. Ein anderer Fall, in welchem man der Entionisierungszeit Rechnung getragen hat, ist der Betrieb der Entladungsstrecken mit einer Wechselspannung, deren Halbwellendauer kleiner ist als die notwendige Entionisierungszeit. Man erreicht hier durch Überlagerung einer niederfrequenten Spannung über die hochfrequente Anodenwechselspannung, daß für einen gewissen Zeitraum nach dem Erlöschen der Entladungsstrecke die Gesamtspannung negativ wird, d. h. in der Sperrrichtung liegt.That a gas or vapor discharge vessel can only block after a preceding discharge occurring in the forward voltage when between the end of discharge and the occurrence of voltage in the forward direction for a sufficient deionization time of about 10- ⁴ to 10- ³ seconds has passed is known per se. However, this fact has so far only been taken into account in a few very special applications of the discharge paths. This includes inverter operation, in which, in contrast to rectifier operation, the voltage on the discharge path that has just been deleted does not change towards negative, but towards positive values. In the case of inverters, taking into account the above-mentioned physical phenomenon has led to the fact that, by appropriate control of the discharge paths, each discharge path of the inverter is replaced so early that until the point in time at which the positive voltage on the disconnected discharge path exceeds that on the The alternating discharge path increases, taking into account the current transfer section which is dependent on the load, a sufficient deionization time remains. Another case in which the deionization time has been taken into account is the operation of the discharge paths with an alternating voltage, the half-wave duration of which is shorter than the necessary deionization time. By superimposing a low-frequency voltage on the high-frequency anode alternating voltage, the overall voltage becomes negative for a certain period of time after the discharge path has been extinguished, ie is in the reverse direction.

Bei Kondensatorschaltern hat man sich jedoch bisher um die Entionisierungszeit noch nicht gekümmert. Aus den obigen Ausführungen geht jedoch hervor, daß sie auch hier eine entscheidende Rolle spielt und daß der Entionisierungsvorgang geeignet ist, die Wirksamkeit des Kondensatorschalters überhaupt in Frage zu stellen. Wesentlich für die Erfindung ist dabei die Aufdeckung des Zusammenhanges der Entionisierungszeit mit der Bemessung der einzelnen elektrischen Daten des Kondensatorschalters sowie die Ermittlung, welche Größen für die Entionisierungszeit überhaupt maßgebend sind. Es sind dies, wie schon erwähnt, die im Entladekreis des Kondensators liegenden Induktivitäten und Ohmschen Widerstände sowie die Kapazität und vor allem auch die Vorladespannung des Kondensators. Damit ist der Technik eine Regel in die Hand gegeben, die es ermöglicht, in jedem Fall die in Betracht kommenden Größen des Kondensatorschalters im Hinblick auf den höchsten abzuschaltenden Leitungsstrom so festzulegen, daß die erforderliche Entionisierungszeit für die Hilfsentladungsstrecke bis zum Wiederkehren der positiven Spannung an ihr sichergestellt ist.In the case of capacitor switches, however, the deionization time has not yet been addressed. From the above, however, it can be seen that it is a decisive factor here too The effectiveness of the capacitor switch plays a role and that the deionization process is suitable to be questioned at all. The disclosure of the is essential for the invention Relationship between the deionization time and the dimensioning of the individual electrical data of the Capacitor switch as well as the determination of which parameters are decisive for the deionization time are. As already mentioned, these are the inductances in the discharge circuit of the capacitor and ohmic resistances as well as the capacitance and, above all, the precharge voltage of the capacitor. This gives technology a rule that enables in in each case the relevant sizes of the capacitor switch with regard to the highest set the line current to be switched off so that the required deionization time for the Auxiliary discharge path is ensured until the positive voltage returns to it.

Wie Fig. 4 zeigt, hängt der Zeitraum t₁. .. t₂, der für die Entionisierung der Hilfsentladungsstrecke zur Verfügung steht, einerseits von der im Zeitpunkt If₁ noch vorhandenen Ladung und damit von der Vorladung u₀ des Kondensators, andererseits aber auch von der Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung, d. h. von der Induktivität und dem Ohmschen Widerstand des Entladungskreises sowie von der Kapazität des Kondensators selbst ab. Durch gegenseitige Abstimmung dieser Größen läßt sich also das Zeitintervall zwischen J₁ und f₂ in gewissen Grenzen beliebig groß machen. Durch die erfindungsgemäße Bemessung gelingt es, dem Hilfsrohr bis zum Eintritt der positiven Sperrspannung seine volle Sperrfähigkeit wieder zu verschaffen, so daß es nicht von neuem zünden und den Abschaltvorgang in Frage stellen kann.As FIG. 4 shows, the time period t ₁ depends. .. t ₂ , which is available for the deionization of the auxiliary discharge path, on the one hand from the _{charge still present at time If 1} and thus from the precharge u _{0 of} the capacitor, on the other hand also from the rate of rise of the voltage, ie from the inductance and the Ohmic resistance of the discharge circuit and the capacitance of the capacitor itself. By mutually coordinating these variables, the time interval between J ₁ and f ₂ can be made as large as desired within certain limits. The dimensioning according to the invention makes it possible to restore the auxiliary pipe to its full blocking capability until the positive blocking voltage occurs, so that it cannot re-ignite and call the shutdown process into question.

Wenn der L^Tmlenkkreis parallel zu dem Wechselrichter liegt, so ist noch zu beachten, daß im Wechselrichter zusätzlich eine von dem gespeisten Drehstromnetz herrührende Spannungskomponente auftritt, die alle Zwischenwerte von einer 'reinen Gegenspannung bis zu einer im gleichen Sinn wie die Gleichspannung wirkenden treibenden Spannung annehmen kann, je nachdem, ob der Wechselrichter im Abschaltzeitpunkt normal arbeitet oder von einer Störung befallen ist. Bei der Bemessung der Schalterelemente muß natürlich auf den ungünstigsten Fall Rücksicht genommen werden.If the L ^T m steering circuit is parallel to the inverter, it should also be noted that in the inverter there is also a voltage component from the supplied three-phase network, which includes all intermediate values from a pure counter-voltage to a driving voltage acting in the same way as the direct voltage can assume, depending on whether the inverter is working normally at the time it is switched off or is affected by a fault. When dimensioning the switch elements, the worst case must of course be taken into account.

Um die Sicherheit der Wiedererlangung der Sperrfähigkeit des Hilfsentladungsgefäßes zu erhöhen, ist es außerdem zweckmäßig, spätestens bei Beginn des Abschaltvorganges einen etwa vor-In order to increase the security of regaining the blocking capability of the auxiliary discharge vessel, it is also advisable, at the latest at the start of the shutdown process, to

handenen Erregerlichtbogen abzuschalten, um eine weitere Ionisierung der Gasstrecke durch diesen zu unterbinden.to switch off the existing excitation arc in order to further ionize the gas path through it prevent.

Wie die Fig. 4 b und 4 c zeigen, tritt sowohl an dem Hilfsrohr als auch an dem Schaltrohr eine negative Sperrspannung auf. Bezüglich der Spannungsfestigkeit gegen die negative Sperrspannung besteht nun bei Hochspannungsgefäßen ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem Verhalten von Entladungsgefäßen für Niederspannung. Während dort nämlich die Beherrschung selbst einer sprunghaft wiederkehrenden negativen Sperrspannung weiter keine Schwierigkeiten bereitet, können hier die auftretenden hohen negativen Spannungen ebenfalls nur dann gesperrt werden, wenn die Entladungsstrecke bereits hinreichend entionisiert ist. Es ist also höchst unerwünscht, daß unmittelbar im Anschluß an das Verschwinden des Stromes sofort eine hohe negative Sperrspannung auftritt, wie das in Fig. 4 der Fall ist. Um nun sowohl am Hilfsentladungsgefäß als auch an dem Schaltrohr eine hinreichende Entionisierungszeit vor dem Eintritt der negativen Sperrspannung zur Verfugung zu haben, werden die in dem Entladekreis des Kondensators vorhandenen Drosselspulen mindestens zum Teil als sogenannte Schaltdrosseln ausgebildet, d.h.. als Drosselspulen, die vermöge eines Kernes aus Spezialeisen bereits bei einem sehr geringen Strom ihre Sättigungsgrenze erreichen und eine scharf geknickte Magnetisierungskennlinie aufweisen. Wenn in einer derartigen Schaltdrossel der Strom allmählich absinkt, so springt plötzlich bei Unterschreitung der Sättigungsgrenze die Induktivität der Schaltdrossel auf einen sehr hohen Wert, und die Stromänderung geht von diesem Augenblick an nur noch ganz langsam vor sich. Es entsteht gewissermaßen eine Stufe sehr geringen Stromes, innerhalb deren eine nennenswerte Ionisation der Entladungsstrecke nicht mehr stattfindet.As FIGS. 4 b and 4 c show, one occurs both on the auxiliary pipe and on the switching tube negative reverse voltage. Regarding the dielectric strength against the negative reverse voltage there is now an essential difference in high-voltage vessels compared to the behavior of Discharge vessels for low voltage. While there namely, the mastery itself one by leaps and bounds recurring negative reverse voltage does not cause any problems here the high negative voltages that occur are also only blocked when the discharge path is already sufficiently deionized. So it is highly undesirable that immediately following the disappearance of the current, a high negative reverse voltage occurs immediately, such as this is the case in FIG. To now both on the auxiliary discharge vessel and on the switching tube Sufficient deionization time is available before the negative reverse voltage occurs to have, the inductors present in the discharge circuit of the capacitor are at least partly designed as so-called switching chokes, i.e. as choke coils, which are capable a core made of special iron can reach their saturation limit with a very low current and have a sharply bent magnetization characteristic. If in such a Switching choke the current gradually drops, it suddenly jumps when the saturation limit is undershot the inductance of the switching reactor to a very high value, and the change in current from this moment on it is only going on very slowly. In a sense, a stage arises very low current, within which a significant ionization of the discharge path no longer takes place.

Um nun also vor dem Eintritt der negativen Sperrspannung an dem Hilfsrohr eine solche Stufe niedrigen Stromes einzuschalten, wird die dem Hilfsrohr vorgeschaltete Drosselspule 8 als Schaltdrossel ausgebildet. Die Ausbildung der Drossel im Umlenkkreis als Schaltdrossel ruft entsprechend eine solche Stromstufe in diesem Kreise vor dem Eintritt der negativen Sperrspannung am Schaltrohr hervor. Ohne besondere Maßnahmen würde sich dabei allerdings die Hysterese des Schaltdrosselkernes in der Weise bemerkbar machen, daß die Stufe erst einsetzen könnte, wenn der Strom bereits Null geworden ist oder gar sein Vorzeichen umgekehrt hat. Da in den beschriebenen Schaltungen wegen der Ventilwirkung der Entladungsgefäße die Stufe somit gar nicht mehr zur Ausbildung kommen würde, weil ja beim Strom Null die Gefäße erlöschen und negative Ströme nicht möglich sind, so ist es zweckmäßig, die Schaltdrosseln vorzumagnetisieren, um auf diese Weise die Stufe in den Bereich positiver Stromwerte zu heben. Die Stufe läuft dann ganz oder teilweise vor dem Erlöschen des Rohres ab, und das Gefäß wird nur noch durch den sehr geringen Stufenstrom ionisiert, während gleichzeitig die negative Spannung noch im vollen Umfang an der Schaltdrossel liegenbleibt.So now before the occurrence of the negative reverse voltage on the auxiliary tube such a step To switch on the low current, the choke coil 8 connected upstream of the auxiliary pipe is used as a switching choke educated. The design of the throttle in the deflection circuit as a switching throttle calls accordingly such a current stage in this circle before the occurrence of the negative reverse voltage on Switch tube. Without special measures, however, the hysteresis of the Switching throttle core noticeable in such a way that the stage could only start when the current has already become zero or has even reversed its sign. As in the described Switching operations because of the valve effect of the discharge vessels therefore no longer use the stage would come to training, because with current zero the vessels go out and negative ones Currents are not possible, so it is advisable to pre-magnetize the switching reactors in order to open in this way to raise the level in the area of positive current values. The stage then runs completely or partially before the extinction of the tube, and the vessel is only left by the very slight Step current is ionized, while at the same time the negative voltage is still fully present the switching throttle remains.

In dem Umlenkkreis würde nun aber auch zu Beginn des Stromüberganges auf diesen Kreis bei ansteigendem Strom eine Stufe 1-aogsamer Stromänderung eintreten, was eine Heraufsetzung der Abschaltzeit zur Folge hätte und damit unerwünscht wäre. Diese Stufe kann man durch eine zusätzliche Vormagnetisierung der Schaltdrossel des Umlenkkreises durch den Hauptstrom verhindern. Da der Hauptstrom zu Beginn des Schaltvorganges noch fließt, wird bei dieser Ausbildung der Schaltdrossel durch ihn die Anfangsstufe unterdrückt.In the deflection circle, however, would now also be at the beginning of the current transition to this circle increasing current a step 1-aogeous change in current occur, which would result in an increase in the switch-off time and is therefore undesirable were. This level can be achieved by an additional pre-magnetization of the switching throttle prevent the deflection circuit through the main stream. Because the main current is at the beginning of the switching process still flows, it becomes the initial stage with this design of the switching throttle suppressed.

Ein Ausführungsbeispiel des Reihenkondensatorschalters mit Ausbildung der Drosseln als Schaltdrosseln zeigt Fig. 5. Für gleichartige Teile sind dabei dieselben Bezugszeichen gewählt wie in Fig. 3. Die als Schaltdrossel mit einem Spezialeisenkern ausgebildete Drossel 8 vor dem Hilfsrohr besitzt außer ihrer Arbeitswicklung 12 noch eine Vormagnetisierungswicklung 13, die zweckmäßig von einem konstanten Strom durchflossen wird, um die Stufe in den Bereich positiver Ströme zu heben. Die ebenfalls als Schaltdrossel ausgebildete Drossei 10 im Umlenkkreis besitzt außer der Arbeitswicklung 14 zu dem gleichen Zweck noch eine konstant erregte Vormagnetisierungswicklung 15 sowie eine weitere Vormagnetisierungswicklung 16, die von dem Strom des Hilfsentladungsgefäßes i_H durchflossen wird. Dadurch kann, solange dieser Strom fließt, eine Entsättigung der Drossel nicht eintreten. Das gleiche Ziel kann man auch dadurch erreichen, daß man die Vormagnetisierungswicklung 16 nicht nur von dem Strom ig, sondern von dem Gesamtstrom i durchfließen läßt.An exemplary embodiment of the series capacitor switch with the chokes designed as switching chokes is shown in FIG. 5. The same reference numerals are used for parts of the same type as in FIG. 3 , which is expediently traversed by a constant current in order to raise the level into the range of positive currents. The throttle 10 in the deflection circuit, which is also designed as a switching choke, has, in addition to the working winding 14, for the same purpose a constantly excited bias winding 15 and a further bias winding 16 through which the current from the auxiliary discharge vessel i _{H flows.} As a result, as long as this current is flowing, desaturation of the throttle cannot occur. The same goal can also be achieved by letting the bias winding 16 flow through not only the current ig, but also the total current i.

Auch bei Anwendung solcher Schaltdrosseln ist es zweckmäßig, sowohl in dem Hilfsentladungsgefäß als auch in dem Schaltrohr so früh wie möglich den Erregerlichtbogen abzuschalten. Die Abschaltung des Erregerlichtbogens, der ja, sofern es sich um gittergesteuerte Entladungsgefäße handelt, bei Beginn der Stromübernahme vorhanden sein muß, kann sich allerdings angesichts der Kürze der zur Verfügung stehenden Zeit schwierig ge- no stalten. In dieser Hinsicht ist, wenigstens für das Schaltrohr, ein Gefäß mit Initialsteuerung durch Tauchzünder vorteilhafter als ein solches mit Gittersteuerung,It is also expedient when such switching reactors are used, both in the auxiliary discharge vessel and switch off the excitation arc as early as possible in the switching tube. The shutdown of the excitation arc, which, if it is a grid-controlled discharge vessel, must be available at the beginning of the power takeover, however, given the brevity difficult to manage in the time available. In that regard, at least for that Switching tube, a vessel with initial control by immersion igniter is more advantageous than one with Grid control,

Auch eine Verlangsamung des Anstieges der Sperrspannung nach dem Erlöschen des Lichtbogens kann erreicht werden, und zwar dadurch, daß parallel zu dem Gefäß ein vorzugsweise aus Kapazität und Dämpfungswiderstand bestehender Nebenweg gelegt wird. Ein derartiger Nebenweg" bewirkt im Zusammenhang mit einer dem Gefäß vorgeschalteten Induktivität, daß die Spannung an dem Gefäß nach dem Erlöschen nicht sprunghaft, sondern nach Maßgabe der zunehmenden Ladung des anfänglich ungeladenen Kondensators verlangsamt ansteigt. Bereits zusammen mit einer kon-Also a slowdown in the rise of the reverse voltage after the arc has been extinguished can be achieved by having a preferably off parallel to the vessel Capacity and damping resistance existing bypass is laid. Such a byway " causes the voltage in connection with an inductance upstream of the vessel the vessel after extinguishing not suddenly, but in accordance with the increasing charge of the initially uncharged capacitor increases slowly. Already together with a con-

stanten vorgeschalteten Induktivität ergibt ein kapazitiver Nebenweg an Stelle eines schroffen Spannungssprunges auf den Betrag u (Fig. 6) eine verzögert ansteigende Spannungsschwingung, wie sie ebenfalls in Fig. 6 wiedergegeben ist. Durch Dämpfungswiderstände, die in Reihe bzw. parallel mit dem Kondensator geschaltet sein können, läßt sich das Hinausschwingen der Spannung über den Wert u auf ein erträgliches Maß herabsetzen. ίο Durch starke Dämpfung wird jedoch der Anstieg der Spannungsschwingung, der ohne Dämpfung nach einer Cosinus-Linie erfolgen würde, wieder unerwünscht bis zu einem nahezu zeitproportionalen Anstieg versteuert.Constant upstream inductance results in a capacitive bypass instead of a sharp voltage jump to the amount u (FIG. 6), a delayed rising voltage oscillation, as is also shown in FIG. 6. By means of damping resistors, which can be connected in series or in parallel with the capacitor, the swinging of the voltage above the value u can be reduced to a tolerable level. ίο Due to strong damping, however, the increase in voltage oscillation, which would occur according to a cosine line without damping, is again taxed undesirably up to an almost time-proportional increase.

is Hier wirkt sich die Ausbildung der Drossel als Schaltdrossel noch vorteilhafter aus als ohne Verwendung eines Nebenweges. Bei richtiger Bemessung des Nebenweges läßt sich nämlich erreichen, daß der geringe Stufenstrom überhaupt nicht mehr über die Entladungsstrecke fließt, sondern seinen Weg allein über den Nebenweg nimmt. Das Gefäß erlischt somit bereits bei Beginn der Stufe, und auch die Restionisation der Entladungsstrecke durch den Stufenstrom fällt damit weg, und die Stufe steht als reine Entionisierungszeit zur Verfügung. Die negative Spannung jedoch wird während dieser Zeit noch an der Schaltdrossel gehalten, weil der Nebenweg auch nach dem Erlöschen des Gefäßes das Weiterfließen des Stromes in der Schaltdrossel und damit eine Kraftfmßänderung in der entsättigten Drossel zunächst noch gestattet. Es entsteht hierdurch also zu Beginn des Anstieges der Sperrspannung nach Erlöschen des Gefäßes zunächst eine Stufe ganz geringer Spannung, wie dieses in Fig. 4 b und 4 c durch die gestrichelten Linien des Spannungsverlaufes angedeutet ist. Der Spannungsanteil uq der Sperrspannung wird dabei von der Schaltdrossel aufgenommen. Durch geeignete Höhe der Vormagnetisierung läßt sich auch erreichen, daß ein und dieselbe Schaltdrossel sowohl vor dem Erlöschen des Rohres einen Abschnitt schwacher Ionisierung als auch nach dem Erlöschen einen Abschnitt geringer Sperrspannung bewirkt. Bezüglich der Nebenwege sei noch bemerkt, daß bei Verwendung von solchen Gefäßen, bei denen die Potentialverteilung längs der Entladungsstrecke durch an eine Kondensatorkette angeschlossene Einsätze gesteuert wird, diese Kondensatorkette mit ihren zugehörigen Widerständen allein oder auch in Verbindung mit weiteren Kondensatoren und Widerständen den Nebenweg bilden kann.The design of the throttle as a switching throttle is even more advantageous here than without using a bypass. With the correct dimensioning of the secondary path, it can be achieved that the small step current no longer flows at all over the discharge path, but takes its path solely via the secondary path. The vessel is therefore already extinguished at the beginning of the stage, and the residual ionization of the discharge path by the stage current is also eliminated, and the stage is available as a pure deionization time. The negative voltage, however, is still held at the switching throttle during this time because the bypass path initially allows the current to continue flowing in the switching throttle and thus a change in the force flow in the desaturated throttle even after the vessel has gone out. As a result, at the beginning of the rise in the reverse voltage after the vessel has gone out, a level of very low voltage initially arises, as indicated in FIGS. 4 b and 4 c by the dashed lines of the voltage curve. The voltage component uq of the reverse voltage is absorbed by the switching inductor. By means of a suitable level of premagnetization it can also be achieved that one and the same switching inductor causes a section of weak ionization both before the tube is extinguished and a section of low reverse voltage after it has been extinguished. With regard to the secondary paths, it should also be noted that when using such vessels in which the potential distribution along the discharge path is controlled by inserts connected to a capacitor chain, this capacitor chain with its associated resistors can form the secondary path either alone or in conjunction with other capacitors and resistors .

Wenn Nebenwege zu den Gefäßen verwendet werden, bei denen Ohmsche oder induktive Widerstände eine leitende Verbindung, wenn auch eine solche mit hohem Widerstand, zwischen Anode und Kathode herstellen, so bleiben nach der Abschaltung durch den Kondensatorschalter noch geringe Restströme bestehen. Zur Erzielung einer völligen Abschaltung muß man daher in solchen und ähnlichen Fällen in Reihe mit dem gesamten Kondensatorschalter noch einen Trennschalter anordnen, der diese geringen Restströme zu unterbrechen hat. Die Öffnung dieses Trennschalters erfolgt dann zweckmäßig selbsttätig im Anschluß an den Abschalt-Vorgang. If secondary routes to the vessels are used, where ohmic or inductive resistances are used a conductive connection, albeit one with high resistance, between the anode and If the cathode is produced, there will still be small residual currents after the capacitor switch has been switched off exist. In order to achieve a complete shutdown, one must therefore in such and similar In cases in series with the entire capacitor switch, arrange a circuit breaker that has to interrupt these small residual currents. The opening of this circuit breaker is then expedient automatically after the switch-off process.

Es kann nun vorkommen, daß der Umlenkkreis den abzuschaltenden Strom nicht völlig übernehmen kann, weil dieser infolge eines unvorhergesehenen Ereignisses den bei der Bemessung des Kondensatorschalters zugrunde gelegten Abschaltstrom überschreitet. In diesem Fall erlischt das Hilfsgefäß bzw. der Wechselrichter überhaupt nicht, und der sich selbsttätig im Anschluß an den Schaltvorgang öffnende Trennschalter müßte einen unzulässig hohen Strom unterbrechen. Es ist infolgedessen vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen, daß die Öffnung des Trennschalters selbsttätig verhindert wird, wenn der nach dem Abschaltvorgang noch fließende Strom einen bestimmten Betrag nicht unterschritten hat. Die Abschaltung muß dann durch Gittersperrung des die Leitung speisenden Gleichrichters vorgenommen werden. Als Hilfsmittel für eine derartige Überwachung und Verriegelung kann z. B. ein Stromrelais für die Auslösung des Trennschalters dienen, das erst bei Unterschreitung eines bestimmten Reststromes die Auslösung freigibt, wobei die Gittersperrung des Gleichrichters beispielsweise dann in Kraft tritt, wenn diese Freigabe nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitabschnittes erfolgt.It can now happen that the deflection circuit does not completely take over the current to be switched off can, because this as a result of an unforeseen event, the dimensioning of the capacitor switch the cut-off current used. In this case the auxiliary vessel goes out or the inverter not at all, and which automatically follows the switching process Opening disconnectors would have to interrupt an impermissibly high current. It is as a result advantageous to make the arrangement so that the opening of the circuit breaker automatically is prevented if the current still flowing after the switch-off process is a certain amount has not fallen below. The shutdown must then be through the grid blocking of the line feeding rectifier. As an aid to such monitoring and locking can e.g. B. serve a current relay for triggering the circuit breaker, the first when the residual current falls below a certain level, it releases the trigger, whereby the grid is blocked of the rectifier comes into force, for example, if this release is not within a predetermined time period takes place.

Es sei darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Maßnahmen, die meist an Hand einer Schaltung erläutert wurden, bei der ein besonderes Hilfsentladungsgefäß vorgesehen ist, auch dann ihre Bedeutung behalten, wenn der Umlenkkreis parallel zu der Gleichstromseite des Wechselrichters geschaltet ist und die Wechselrichterentladungsstrecken an die Stelle des Hilfsgefäßes treten. Der Erfindungsgedanke kann sinngemäß auch Anwendung finden, wenn an Stelle der Entladungsgefäße mechanische Schalteinrichtungen, beispielsweise kunzhubige Vielfachschalter mit Abhebekontakten, vorgesehen sind, mit denen sich sehr kurze Schaltzeiten erreichen lassen.It should be noted that the measures described are mostly based on a circuit were explained, in which a special auxiliary discharge vessel is provided, even then retain their importance when the deflection circuit is parallel to the DC side of the inverter is switched and the inverter discharge paths take the place of the auxiliary vessel. Of the The idea of the invention can also be used accordingly if instead of the discharge vessels mechanical switching devices, e.g. short-stroke multiple switches with lifting contacts, are provided with which very short switching times can be achieved.

Claims

Patent claims:

i. Capacitor switch for switching off DC high-voltage lines under load, consisting of a gas or vapor-filled auxiliary discharge path along the line and a transfer circuit to it, the one capacitor and one in series with it as well Gas or vapor filled, ignitable by means of a grid control or immersion ignition electrode Contains switching tube, characterized by such a mutual dimensioning in the discharge circuit of the capacitor lying inductances and ohmic resistances, the capacitance and the precharge voltage of the capacitor that when the highest line current is switched off between the extinction of the auxiliary discharge path and the return of the positive voltage

You can use it for a period of at least 10 ~ ⁴ to 10 "~ ³ seconds.

2. Capacitor switch according to claim i, characterized characterized in that as chokes switching chokes with low saturation current and serve sharply bent magnetization characteristic.

3. Capacitor switch according to claim, characterized characterized in that a switching throttle

ίο of the discharge circuit in the deflection circuit and one further lies in the branch of the auxiliary discharge path.

4. Capacitor switch after initiation 2 and 3, characterized in that the switching chokes are premagnetized so that the state of the Desaturation is wholly or partially in the range of positive currents of the discharge paths.

5. Capacitor switch according to claim 2 to 4, characterized in that the in the Utnlenk-

ao circular throttle through the current of the direct current line or the auxiliary discharge vessel is premagnetized.

6. capacitor switch according to claim 1 to 5, characterized in that when used Grid-controlled discharge vessels with a liquid cathode before the negative reverse voltage occurs the excitation arc is switched off.

7. capacitor switch according to claim 1 to 6, characterized in that with the capacitor damping resistors in series or are connected in parallel.

8. Capacitor switch according to claim 1 to 7, characterized in that the discharge paths are bridged by secondary routes.

9. Capacitor switch according to claims, characterized characterized in that when using secondary paths, which have a conductive parallel connection to the discharge paths, another disconnector in the line to be disconnected which is automatically opened in connection with the shutdown process.

10. Capacitor switch according to claim 9, characterized in that the opening of the Disconnector is prevented automatically if the after the shutdown process is still flowing current exceeds a certain maximum value.

11. Capacitor switch according to claim 9 and 10, characterized in that the rectifier feeding the system is blocked, when the circuit breaker after a certain period of time after the shutdown process are not open.

Referred publications:
German Patent Nos. 449621, 506560, 514346,530463,639884;

French Patent No. 722 240;
ETZ, 1938, p. 87 (to 89.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings