-
Einrichtung zum Schutz von steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
gegen Überbeanspruchungen Steuerbare gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße, beispielsweise
gittergesteuerte Quecksilberdampfgleichrichter, müssen ebenso wie andere elektrische
Apparate, in denen ein Teil der umzuformenden Energie in Wärme verwandelt wird,
,gegen Störungen geschützt werden, die durch überlastungen des Apparates hervorgerufen
werden können. Die Entladungsgefäße werden daher mit selbsttätig wirkenden Schutzeinrichtungen
ausgerüstet, die ansprechen und geeignete Schutzmaßnahmen, insbesondere das Abschaltendes
Apparates, veranlassen, sobald der Belastungsstrom des Entladungsgefäßes eine kritische
Grenze überschreitet oder eine andere niedriger liegende Stromgrenze, die der Apparat
nur kurze Zeit ohne Störungenc aushalten kann, während einer vorbestimmten Mindestzeit
anhaltend überschritten wird. Schutzeinrichtungen dieser Art sind in Stromrichteraxilagen,
die :mit steuerbaren Gas- oder Dpxnpfentladungsgefäßen arbeiten, vielfach angewendet
worden und haben sich auch unter den normalerweise auftretenden Betriebsbedingungen
bewährt.
-
Es hat sich nun aber gezeigt, daß es Betriebsbedingungen gibt, bei
denen die üblichen überlastungsschutzeinrichtungen nicht ausreichen, um die Entladungsgefäße
mit genügender Sicherheit gegen
Überbeanspruchungen zu schützen.
Es kommt vor, daß ein steuerbares Lichtbögenentladungsgefäß auch dann schon unzulässig
stark beansprucht werden und Beschädigungen erleiden kann, wenn. der Belastungsstrom
unterhalb der meist mit Nennstrom bezeichneten Belastungsgrenze bleibt. Diese Erscheinung
hängt mit dem Grad der Aussteuerung des Entladungsgefäßes bzw: mit der Größe der
Zündverzögerung zusammen. Der Schutz der Apparate ,gegen Überbeanspruchungen kann
wesentlich verbessert werden, wenn gemäß der Erfindung im Bereich großer Zündverzögerung
Schutzmaßnahmen bei kleineren Belastungsströmen: eingeleitet werden als im Bereich
kleiner Zündverzögerung. Ein gittergesteuerter Quecksilberdampfgleichrichter, der
abgeschaltet werden soll, sobald die Gefahr einer überbeansprüchung gegeben ist,
wird nach der Erfindung mit einer selbsttätig wirkenden Schutzeinrichtung ausgerüstet,
welche die besondere Eigenschaft hat, daß sie im Bereich kleiner Werte der mittleren
Gleichspannung schon bei Belastungsströmen anspricht, die im normalen Betrieb mit
Gleichspannungen in der Nähe des 1\Tennwertes ohne Störungdauerndausgehaltenwerdenkönnen.
Zweckmäßig werden dabei die Schutzmaßnahmen erst dann eingeleitet, wenn der Betrieb,
mit großer Zündverzögerung während einer vorbestimmten Mindestzeit beständen hat.
-
Die Erfindung sei an Hand eines der Gleichrichterpraxis entnommenen
Beispiels näher erläutert: Bei Stromrichteranlagen mit selbsttätiger Spannungsregelung,
die ein vernaschtes Gleichstromrnetz, z. B. ein Stadtnetz, speisen, wird im allgemeinen
eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen, sofern das Gleichstromnetz von mehreren
Unterwerken gespeist wird. Sobald ein Unterwerk seine volle Belastung erreicht,
wird dessen Spannung durch diese Strombegrenzungseinrichtung in der Weise beeinflußt,
daß die Stromabgabe nicht mehr mit konstanter Spannung, sondern mit konstantem Strom
erfolgt. Alle am der Speisung des Netzes beteiligten Unterwerke werden bei dieser
Maßnahme bei Vollast gleichmäßig belastet; die überlastung einzelner Unterwerke
wird vermieden.
-
Wenn eines der Unterwerke zum Zwecke der Spannungsregelung mit gittergesteuerten
Gleichrichtern ausgerüstet ist, so wird die Steuerung dieser Gleichrichter meist
noch mit einer Zusatzeinrichtung ,ausgerüstet, mit deren Hilfe das Netz nicht plötzlich,
sondern allmählich unter Spannung gesetzt wird, wem es aus irgendeinem Grund spannungslos
geworden. ist. Bei allgemeinen Versorgungsnetzen mit großem Anteil an Glühlampenlast
hat sich diese Zusatzeinrichtung gut bewährt. Die Spannung wird dabei praktisch,
von Null ausgehend; innerhalb einer gewissen Zeit auf ihren Nennwert gebracht.
-
In einem Stadtnetz der vorstehend beschriebenen Art kommt es häufig
vor, daß das Netz infolge eines Kurzschlusses spannungslos wird. Die Steuereinrichtung
:eines zu einem der Unterwerke gehörigen gittergesteuerten Gleichrichters wird dann
versuchen, die Spannung nach der durch den Kurz= schluß verursachten Abschaltung,
von Null ausgehend, innerhalb einer gewissen Zeit auf ihren Nennwert zur bringen.
Wenn dabei der Widerstand der Kurzschlußstelle einen solchen Wert hat, daß schön
bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannu,ng; also bei einer noch großen Zündverzögerung
des gittergesteuerten Gleichrichters der Nennwert des Gleichrichterstromes .erreicht
wird, so wird die obenerwähnte Strombegrenzungseinrichtung die Spannung des Gleichrichters
auf dem bis dahin erreichten Wert halten. Es kann vorkommen, daß der Gleichrichter
in einem solchen Fall mit nur etwa. r o ojo: der Nennspannung, dabei aber mit einem
Strom etwa gleich dem Nennstrom des Gleichrichters betrieben wird. Das sogenannte
Ausbrennen der Kurzschlußstelle oder eine Abschaltung durch Sicherungen kann nicht
eintreten, da der Strom nicht die für die üblichen überlastungsschutzeinrichtungen
maßgebende Grenze überschreitet.
-
Der gleiche Betriebsfall kann dann eintreten, wenn. das Netz auch
noch von anderen Strom liefernden Werken gespeist wird, deren Spannung nicht wie
bei der Gittersteuerung in so weiten Grenzen regelbar äst. Wenn. daran ein selbsttätig
arbeitendes Stromrichterunterwerk das Netz hochfahren will, so bedeutet dies für
die Stromrichter einen vielfachen Leistungsbedarf gegenüber der eigenen Leistungsfähigkeit.
Dias Gesamtnetz wirkt in diesem Fall für ein einzelnes Stromrichterunterwerk wie
ein Kurzschluß, d. h. bei großer Zündverzögerung wird schon der bei Normalspannung
zulässige Gleichstrom. erreicht.
-
Düe vorstehend erläuterten. Betriebszustände sind dadurch ;kennzeichnet,
däß ein steuerbares Gasoden Dampfentladungsgefäß längere Zeit im Bereich ,großer
Zündverzögerung mit vollem Strom betrieben wird. Betriebserfahrungen haben gezeigt,
daß ein, solcher Betriebszustand für einen gittergesteuerten Gleichrichter bzw.
allgemein für steuerbare Gas- oder Dampfentladüngsgefäße für den Entladungsapparat
schädlich ist und daß verhindert werden maß, einen solchen Betriebszustand längere
Zeit bestehenzülassen. ES ist versucht worden, dies mit einem überlastungsschutz
zu erreichen, der die gefährdete Anlage dann abschaltet, wenn die Nennspannung nicht
innerhalb der vorgeschriebenen Zeit erreicht wird. Zu dem Zweck hat man, Spannungsregelrelais
mit einem Zeitrelais ausgerüstet, das die Anlage abschaltet, sobald das Spannungsregelrelals
nicht innerhalb -einer vorbestimmten Mindestzeit in seine Schwebelage zurückkehrt.
Wenn beispielsweise angenommen wird, daß ein zur Gittersteuerung eines Gleichrichters
dienender Drehregler durch einen Steuermotor angetrieben wird, so liegt im Stromkreis
dieses Steuermotors ein. Kontakt, der durch das SpannungsxegelreIais betätigt wird.
Der Kontakt wird jeweils dann geschlossen und der Motor eingeschaltet, wenn .die
Spannung infolge Belastungssteigerung eine bestimmte Grenze unterschreitet. Das
Spannungsrelais geht dabei aus seiner Schwebelage heraus und schaltet den Steuermotorein.
Die vorgeschlagene Schutzeinrichtung ist
in einem solchen Fall so
ausgebildet, daß gleichzeitig mit dem Einschalten des Steuermotors jeweils auch
ein Zeitrelais eingeschaltet wird. Dieses Zeitrelais schaltet die Anlage ab, wenn
es nach einer vorbestimmten Mindestzeit infolge der oben geschilderten Betriebsfälle
nicht gelungen ist, die Spannung auf ihren Nennwert zu bringen.
-
Die geschilderte Schutzeinrichtung hat jedoch gewisse Nachteile, weil
das Netz im praktischen Betrieb abgeschaltet werden kann, ohne daß die Gefahr der
Überbeanspruchung für die Entladungsgefäße bestand. Wenn beispielsweise beim Ansprechen
der Strombegrenzungsrelais die Steuerung von Spannungsregelung auf Stromregelung
umgeschaltet wird, s@o geht auch das Spannungsregelrelais aus seiner Schwebelage
heraus. Es kommt also zu einer Auslösung, wenn eine Strombegrenzung länger in Anspruch
genommen wird als die an dem Zeitrelais des Spannungsregelrelais eingestellte Zeit.
Dias Zeitrelais schaltet die Gleichrichter ab, ohne daß ein Grund dazu vorhanden
ist. Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn die den Gleichrichter speisende Hochspannung
schwankt und einmal. einen verhältnismäßig niedrigen Wert annimmt. Dias Spannun;gsregelrelais
wird dann versuchen, aus der Anlage mehr Spannung herauszuholen als der vollen Aussteuerung
entspricht. Auch in diesem Fall geht das Regelrelais aus seiner Schwebelage heraus,
und das Zeitrelais schaltet den Gleichrichter ab, wenn der Betriebszustand während
einer bestimmten Mindestzeit aufrechterhalten. 'bleibt. Die geschilderten Betriebsfälle
zeigen also, daß der Vorschlag eines mit dem Spannungsregelrelais in Verbindung
stehenden Zeitrelais nicht zu dem gewünschten Ziel führt.
-
Die geschilderten Betriebsschwierigkeiten werden verhindert, wenn
gemäß der Erfindung für das steuerbare Gas- oder Dampfentladungsgefäß in Abhängigkeit
von der Zündverzögerung Schutzmaßnahmen vorgesehen werden mit dem Zieh einen Gleichrichter
bei Anwendung der Erfindung dann abzuschalten, wenn tatsächlich für ihn die Gefahr
einer Überbeanspruchung gegeben ist.
-
Für die Steuerung der Schutzeinrichtung abhängig von der Größe der
Zündverzögerung bestehen verschiedene Möglichkeiten. Eine besonders einfache und
zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß Schutzmaßnahmen für das Entladungsgefäß
eingeleitet werden, wenn das Gefäß während einer bestimmten Mindestzeit mit großer
Zündverzögerung betrieben wurde. Es wird also ein Zeitrelais jeweils dann betätigt,
wenn der Gleichrichter mit großer Zündverzögerung arbeitet, und die Schutzmaßnahme
der Abschaltung wird eingeleitet, wenn dieser Betriebszustand längere Zeit aufrechterhalten
bleibt.
-
Bei der als Ausführungsbeispiel in Fig. i dargestellten Schaltung
eines gittergesteuerten. Gleichrichters ist ein Differentialrelais i vorgesehen,
dessen eine Spule 2 an das Wechselstromnetz 3 angeschlossen ist, während die andere
Spule 3 vom Gleichstromnetz q. gespeist wird. Sobald die Wechse1-spannung die Gleichspannung
stark überwiegt, schließt das Relais den Stromkreis eines Zeitrelais 5, das nach
einer vorbestimmten Zeit den Hauptschalter 6 des Gleichrichters ausschaltet.
-
Bei dieser Schaltung ist also das Verhältnis zwischen der Wechselspannung
und der Gleichspannung für dien Schutz des Gleichrichters maßgebend. Sobald der
Gleichrichter längere Zeit mit verhältnismäßig großer Zündverzögerung, also kleiner
Gleichspannung betrieben wird, schaltet ihn die Schutzeinrichtung über das Zeitrelais
ab.
-
Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die im Gegensatz zu Fig. i .eine dem
Aussteuerungsgrad entsprechende Auslösezeit besitzt. In diesem Fall ist ein Zeit(-relais
7 über einen. Widerstand 8 an das Wechselstromnetz 9 angeschlossen. Parallel zu
dem Zeitrelais liegt eine vormagnetisierte Dmosselspule i o, deren Erregerwicklung
von dem Gleichstromnetz i i gespeist wird. Solange Wechselspannung und Gleichspannung
in der Nähe ihres Nennwertes liegen, entfällt auf das Zeitrelais 7 ein wesentlich
kleinerer Spannungsteil als auf den Widerstand B. Dias Relais bleibt in Ruhe. Sobald
dagegen die Gleichspannung bei gleichbleibender Wechselspannung kleiner wird, steigt
der Spannungsanteil des Zeitrelais 7 an, während die Spannung am Widerstand 8 abnimmt.
Bei entsprechender Einstellung des Zeitrelais wird durch diese Anordnung der Gleichrichter
abgeschaltet, wenn das von der Zündverzögerung abhängige Zeitrelais zum Ansprechen.
kommt.
-
Fig.3 zeigt im Diagramm die Abhängigkeit der Spannung am Widerstand
8 (W) und der Spannung am Zeitrelais 7 (ZR) in Abhängigkeit von der Wechselspannung
U" und der Gleichspannung U$.
-
Fig. q. zeigt noch eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Schutzeinrichtung.
Ein Zeitrelais. 12 besitzt in diesem Fall zwei Wicklungen 13 und 14, die gegeneinander
wirken. Die Wicklung 13 ist über einen Gleichrichter 15 an das Wechselstromnetz
angeschlossen, während die Wicklung r q. vom Gleichstromnetz gespeist wird. Sobald
die Gleichspannung eine bestimmte Grenze unterschreitet, überwiegt der Anteil der
Wicklung 13 und betätigt das Zeitrelais 12. Auch bei dieser Anordnung besteht eine
Abhängigkeit zwischen Zündverzögerung und Auslösezeit.
-
Bei den aal Hand der Fig. i bis q. erläuterten Ausführungsformen der
Erfindung werden zweckmäßig Mittel vorgesehen, um die Ansprechdifferenz zwischen
Gleichspannung und Wechselspannung den jeweils vorliegenden Betriebsverhältnissen
anzupassen. Man. kann regelbare Widerstände in den Erregerkreis der Relaisspulen
schalt, um die Ansprechdifferenz verändern zu können. Dasselbe gilt auch für die
mit spannungsabhängigen Zeitgliedern arbeitenden Schaltungen.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß ein
für die Steuerung der Zündverzögerung des Entladungsgefäßes maßgebender Regelapparat
mit einem Hilfskontakt ausgerüstet ist, der jeweils dann betätigt wird, wenn die
Größe der Zündverzögerung einen bestimmten Wert überschreitet. über den Hilfskontakt
wird ein Zeitrelais eingeschaltet, das das Entladungsgefäß abschaltet,
wenn
der genannte Betriebszustand während einer bestimmten Mindestzeit aufrechterhalten
wurde.
-
Der beabsichtigte Schutz des Gleichrichters l,äßt sich schließlich
noch durch ein stromabhängiges Relais :erreichen, das die Eigenschaft hat,, daß,
es Schutzmaßnahmen einleitet, sobald der quadratische Mittelwert des Anodenstromes
eine bestimmte Grenze überschreitet. Dieser quadratische Mittelwert ist bei großen
Zündverzög erung en höher als bei kleinen Zündverzögerungen. Die Schutzmaßnahmen
werden dementsprechend im Bereich großer Zündverzögerung bei kleineren Belastungsströmen
eingeleitet als im Bereich kleiner Zündverzögerung. Auch in diesem Fall wird es
zweckmäßig sein, zusätzlich ein Zeitrelais zu verwenden, welches die in Aussicht
genommene Schutzmaßnahme erst dann ;einleitet, wenn der betreffende Betriebszustand
längere Zeit aufrechterhalten wurde.