SE514827C2 - Likströmsbrytaranordning för hög effekt - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 Genom USA-patentskriften 3 809 959 är en likströmsbrytaran- ordning tidigare känd, vilken har tva seriekopplade meka- niska brytställen, exempelvis brytställen i en växelströms- brytare. Ett första brytställe är parallellkopplat med en varistor samt med en kondensator i serie med ett gnistgap.

För brytning av strömmen öppnas detta brytställe, varvid strömmen är avsedd att överföras till kondensatorn. Konden- satorns spänning växer därvid hastigt och nar varistorns knäspänning, varefter varistorn skall överta likströmmen.

Varistorspänningen utgör en motspänning som driver likström- men i kretsen till noll, varefter det andra brytstället kan öppnas för erhallande av galvanisk isolation. En HVDC-bry- tare av denna tidigare kända typ har nackdelen att strömmen genom brytstället inte har nagon naturlig nollgenomgang, och ljusbagen i brytorganet är i de flesta fall antingen stabil eller otillräckligt instabil. Detta medför att det uppstar svarigheter med att erhalla en problemfri överföring av strömmen fran brytstället till kondensatorn, dvs svarigheter att fa en tillfredsställande brytfunktion.

I CIGRÉ-rapporten 14-210, 1990, s 7, fig lO med tillhörande text, är en HVDC-brytaranordning av inledningsvis angiven typ föreslagen, vid vilken det i föregaende stycke nämnda första brytstället är ersatt med en släckbar tyristorkopp- ling, exempelvis en seriekoppling av släckbara tyristorer (GTO-tyristorer). Tyristorkopplingen maste dimensioneras för att uppta hela den ätervàndande spänningen efter släck- ningen. Den maste därför i praktiken besta av ett stort antal seriekopplade GTO-tyristorer. Tyristorkopplingen leder kontinuerligt den genom likströmsbrytaranordningen under normaldrift flytande strömmen, och den kontinuerliga ström- men nödvändiggör i praktiken ocksa en parallellkoppling av GTO-tyristorer; Antalet tyristorer i kopplingen blir alltsa högt. Tyristorkopplingen och därmed likströmsbrytaranord- ningen blir därför komplicerad och dyrbar. Vidare blir pa grund av den kontinuerliga strömmen förlusterna och därmed förlustkostnaderna höga i tyristorkopplingen. De höga kon- tinuerliga förlusterna nödvändiggör ocksa ett rikligt dimen- sionerat kylsystem för tyristorerna. Slutligen erfordras organ för överföring av tänd- och släcksignaler mellan jordpotential och den potential där tyristorkopplingen är anordnad. Samtliga dessa faktorer medför att en lik- 10 15 20 25 30 35 40 gfšåfißfiffiflšifif". ;_ .i :'“,¿“ i i 1 strömsbrytaranordning av denna föreslagna typ blir dyrbar och komplicerad.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser att àstadkomma en likströms- brytaranordning av inledningsvis angivet slag, vilken har en enkel och ekonomiskt fördelaktig uppbyggnad och ett minimum av effektförluster. Uppfinningen avser mera speciellt att àstadkomma en likströmsbrytaranordning där en konventionell växelströmsbrytare kan användas för de mekaniska brytstäl- lena, där halvledaranordningen endast behöver dimensioneras för en mindre del av den atervändande spänningen och där den inte kontinuerligt genomflyts av ström, där kylsystem och hjälpkraftförsörjning för halvledaranordningen helt kan undvaras och där behovet av signalöverföring till eller fràn halvledaranordningen helt bortfaller.

Enligt uppfinningen utgörs huvuddelen av likströmsbrytaran- ordningen av växelströmskomponenter av standardtyp, sàsom växelströmseffektbrytare, växelströmskondensatorer och väx- elströmsavledare. Dessa komponenter kombineras med aktiva komponenter för alstring av en nollgenomgàng hos strömmen, dvs för en aktiv destabilisering av ljusbàgen i ett bryt- ställe.

Vad som kännetecknar en likströmsbrytaranordning enligt upp- finningen framgär av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-5. Figur l visar den principiella uppbyggnaden hos en likströmsbrytaranordning enligt uppfin- ningen. Figur 2a visar mera i detalj en likströmsbrytar- anordning enligt en utföringsform av uppfinningen. Figur 2b visar ett exempel pä utformningen av styrdonet vid anord- ningen enligt figur 2a. Figur 2c visar som funktioner av tiden spänningarna över anordningens bada brytställen samt den totala spänningen över anordningen. Figur 2d visar i en annan spänningsskala (men i samma tidsskala som figur 2c) den totala spänningen över anordningen som funktion av tiden. Figur 3a visar en annan utföringsform av en anordning 10 15 20 25 30 35 40 'nat- enligt uppfinningen. Figur 3b visar ett exempel pa utform- ningen av ett styrdon vid denna utföringsform. Figurerna 3c och 3d visar som funktioner av tiden den totala spänningen över anordningen och styrsignalerna till den i anordningen ingàende transistorkopplingen, respektive den genom anord- ningen flytande strömmen. Figurerna 3e och 3f visar i en expanderad tidsskala samma storheter under ett begränsat tidsintervall. Figur 4 visar hur det i en likströmsbrytaran- ordning enligt uppfinningen ingäende halvledarorganet kan anordnas i en lämplig kapsling och monteras pà potential pä en i anordningen ingàende växelströmsbrytare. Figur 5 visar hur vid höga spänningar tva vaxelströmsbrytare med tillhö- rande halvledarorgan kan anordnas i serie med varandra.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar schematiskt ett exempel pà en anordning enligt uppfinningen. Den är avsedd för inkoppling i en likströmsfö- rande högspänningslinje L, exempelvis en linje i en anlägg- ning för kraftöverföring med hjälp av högspänd likström (HVDC-anläggning). Likströmmen i linjen betecknas med I, anordningens syfte är att möjliggöra brytning av denna ström. och Anordningen innefattar ett brytorgan BO, vars funktion är att leda linjeströmmen I under normaldrift, dvs före bryt- ningen, att vid brytningen bringa strömmen genom brytorganet till upphörande, samt att därefter kunna ta upp den atervän- dande spänningen. Anordningen innefattar vidare en med bryt- organet parallellkopplad kondensator CB, till vilken vid brytningen linjeströmmen överförs fràn brytorganet BO.

Parallellt med kondensatorn och brytorganet är ett spän- ningsbegränsande element i form av en ventilavledare VAI, exempelvis en konventionell zinkoxidavledare av växelströms- typ, anslutet. Avledaren begränsar kondensatorspänningen under brytförloppet.

Brytorganet BO innefattar tva med varandra seriekopplade brytställen (kontakter) BSI och BSII. Dessa utgörs av de bada brytelementen i en konventionell växelströmsbrytare.

Denna utgörs i det aktuella utföringsexemplet av en SF6-bry- tare, exempelvis av ABBs typ HPL med tvà brytelement. Som ett första led i ett brytförlopp öppnas, samtidigt eller i 10 15 20 25 30 35 40 'Al x. ( ~ «. 1 1 _ c: huvudsak samtidigt, de bàda kontakterna BSI och BSII. Spän- ningarna över brytställena BSI och BSII betecknas med ul respektive u2.

Parallellt med brytstället BSI är ett halvledarorgan HO anslutet, vilket, som nedan närmare skall beskrivas, som ett andra led i brytförloppet bringar strömmen genom brytstäl- lena BSI och BSII att upphöra. Halvledarorganet är försett med ett styrorgan SO, vilket som nedan skall beskrivas matas och aktiveras av den spänning - ljusbàgsspänningsfallet - som uppträder över brytstället BSI vid öppnandet av dess kontakter.

Vid upphörandet av strömmen genom brytorganet kommer linje- strömmen I att överföras till kondensatorn CB och att ladda upp denna. I strömbanan för linjeströmmen finns induktanser, t ex i form av glättningsreaktorerna vid en HVDC-överföring, vilka strävar att upprätthälla strömmen. Kondensatorspän- ningen ökar snabbt, och denna spänning utgör en motspänning som bringar linjeströmmen att avta. Beroende pà den yttre kretsens karakteristika kommer motspänningen antingen att bringa strömmen till upphörande innan spänningen när avleda- rens VAI knäspänning, eller också när spänningen avledarens knäspänning innan strömmen upphört. Avledaren övertar i det senare fallet strömmen, kondensator- och avledarspänningen blir konstant och lika med avledarens knäspänning, och denna spänning bringar till slut linjeströmmen till upphörande.

En första utföringsform av uppfinningen skall nedan beskri- vas mera i detalj i anslutning till fig 2a - 2d. Huvudkret- sens komponenter visas i fig 2a, och som framgàr av denna figur utgörs vid denna utföringsform halvledarorganet (HO i figur 1) av en släckbar tyristorkoppling GTO. Eftersom tyristorkopplingen spänningsmässigt endast utsätts för ljus- bagsspänningen i brytstället BSI, dvs typiskt sett nägra hundra volt, och eftersom den endast leder ström under ett mycket kort intervall under brytförloppet, kan tyristorkopp- lingen i första hand utgöras av en enda GTO-tyristor (even- tuellt kan, i syfte att uppnä redundans, tvä seriekopplade tyristorer användas). Alternativt kan. beroende pà kretsens spännings- och strömförhàllanden tyristorkopplingen utgöras av en serie-, parallell- eller serie-parallellkoppling av GTO-tyristorer. 10 15 20 25 30 35 40 6 Tyristorkopplingen tillförs en tändsignal st och en släcksignal ss från styrorganet SO.

Styrorganets uppbyggnad visas i figur 2b. Det är som visas i figur 2a anslutet parallellt med brytstället BSI och till- förs alltså spänningen ul över detta brytställe. Styrorganet innefattar en ventilavledare VAII för begränsning av spän- ningen över styrorganet. Parallellt med avledaren ligger en seriekoppling av en diod D och en kondensator CC. Kondensa- torspänningen ucc tillförs en nivàvippa NVI. Denna är anord- nad att avge en utsignal sNv då kondensatorspänningen över- stiger ett förutbestämt gränsvärde u0. Signalen sNv tillförs dels en tändpulsalstrande krets PD, dels en tidsfördröj- ningskrets TF. Kretsen PD omformar signalen sNv till en tänd- signal st av lämplig varaktighet och nivå för tändning av tyristorerna i tyristorkopplingen GTO. Fördröjningskretsen TF avger en signal efter ett förutbestämt tidsintervall td fràn mottagandet av signalen sNv och fördröjningskretsens utsignal omformas i en släcksignalalstrande krets PDII till en signal ss av lämplig varaktighet och nivà för släckning av tyristorerna i tyristorkopplingen GTO.

Spänningen ul utgör som nämnts även matningsspänning för de i styrorganet ingående elektroniska kretsarna, och styrdonet kan vid behov förses med lämpliga organ för begränsning, lagring och filtrering av denna matningsspänning.

Som framgår av denna beskrivning av styrorganet SO krävs inga kanaler eller organ för effektmatning av styrorganet eller för dess aktivering i samband med ett brytförlopp. I stället erhålles automatiskt både effektmatning och akti- vering frán spänningen ul över brytstället BSI när denna spänning växer upp i samband med att kontakterna öppnas vid brytförloppets början. Den enda signal som behövs för initi- ering av brytförloppet är en konventionell brytorder till växelströmsbrytarens normalt pà jordpotential anordnade manöverdon Ett brytförlopp skall nu beskrivas i anslutning till figu- rerna 2c och 2d. Figurerna visar spänningarna ul och u2 över brytställena samt totalspänningen uT över brytaranordningen (uT = ul + u2). Figurerna har samma tidsskala, men figurerna 10 15 20 25 30 35 40 (F. > _ i I I r c har skilda spänningsskalor, varvid figur 2c visar de under brytförloppets tidigare del rädande lägre spänningarna och figur 2d visar de mot slutet av brytförloppet ràdande högre spänningarna. I figur 2d är UB avledarens VAI knäspänning.

Hönö 0000 ^^ -,xon,\.. *-\nn^" För att bryta strömmen I i linjen L beordras brytaren att öppna sina bada brytställen (kontaktpar) BSI och BSIIQ Den tidpunkt dä kontakterna skiljs ät betecknas med tl i fig 2c och 2d. När kontakterna skiljs ät fortsätter strömmen att flyta, och en ljusbäge etableras vid varje brytställe. Ljus- bägsspänningen i ett modernt brytelement av SF6-typ är typiskt nagra hundratal volt. Denna spänning (spänningarna ul och u2) visas i fig 2c. Den ökar, allteftersom kontak- terna skiljs, fram till tidpunkten t2. Vid denna tidpunkt är styrorganet uppladdat och avger en tändsignal st till tyris- torkopplingen GTO. Tyristorkopplingen tänds därvid, och strömmen kommuterar över frän brytstället BSI till tyristor- kopplingen och ljusbägen i detta brytställe släcks.

Efter det av styrorganet bestämda tidsintervallet td avger styrorganet vid tidpunkten t3 = t2 + td en släcksignal ss till tyristorkopplingen, och tyristorerna i tyristorkopp- lingen släcks. Tidsfördröjningen td har en längd sä avpassad ' att strömmen hinner kommutera över frän brytstället BSI till tyristorkopplingen, och att brytstället därefter hinner àterhämta sig i tillräcklig grad för att kunna ta upp den vid tyristorkopplingens släckning uppträdande spänningen över brytstället. När tyristorkopplingen släcks växer spän- ningen över kopplingen mycket snabbt, och därmed totalspän- ningen uT över brytaranordningen. Strömmen kommuterar över till kondensatorn CB, varvid ljusbàgen i brytstället BSII slocknar, och varvid strömmen ger den snabba spänningsök- ningen över kondensatorn och brytaranordningen. Spännings- fördelningen mellan brytställena BSI och BSII styrs av styr- organets avledare VAII, företrädesvis sä att endast nagot eller nägra tusental volt kommer att uppträda över styrorga- net och brytstället BSI, varvid resten av totalspänningen kommer att uppträda över brytstället BSII.

När strömmen kommuterat över till kondensatorn CB kommer kondensatorspänningen uT att öka utefter en rampfunktion.

Kondensatorspänningen utgör som ovan nämnts en motspännning för den yttre kretsen och bringar linjeströmmen I att avta, 10 15 20 25 30 35 40 _ U Q _ É, L C W varvid avledaren VAI griper in och tar över strömmen om dess knäspänning upnäs innan linjeströmmen upphört. Figur 2d visar detta senare fall, där avledarens knäspänning upnäs vid tidpunkten t4. Spänningsfluktuationerna mot slutet av brytförloppet i figur 2d orsakas av att spänning och ström inte ändras kontinuerligt mot sina fortfarighetsvärden där- för att i ett typiskt fall en anläggning innefattar en lik- strömslinje av icke försumbar längd, varvid reflektioner mot linjens ändpunkter uppträder. moon 0rwx^ ,_.. ^q0°~« Kondensatorn CB dimensioneras sä att tillväxthastigheten hos kondensatorspänningen även vid högsta förekommande linje- ström inte överstiger det värde som brytaren kan klara. För en HVDC-överföring med märkspänningen 500 kVDC och en bryt- ström pa 2 kA kan ett lämpligt värde för kapacitansen hos kondensatorn CB vara cirka l uF. Detta värde ger - i kom- bination med en antagen ekvivalent kapacitans pä 1 pF hos filtren pà anläggningens likspäningssida - en tillväxthas- tighet hos den ätervändande spänningen pä cirka 1000 kV/ms, vilket kan tas om hand av en konventionell växelströmsbry- tare, exempelvis en brytare av fyrkammartyp.

Knäspänningen hos avledaren VAI bör vara sä pass hög att den ger ett snabbt upphörande av linjeströmmen. Den fär dock inte vara sä hög att spänningspäkänningarna pä övriga enhe- ter i anläggningen överstiger deras spänningshällfasthet.

Ett lämpligt värde kan i det ovan angivna fallet t ex vara 800 kv.

Avledaren VAII i styrorganet SO skyddar inte endast styror- ganet utan även tyristorkopplingen GTO. Knäspänningen hos denna avledare bör vara sä pass hög att styrorganets konden- sator kan ges tillräcklig laddning för säker släckning av tyristorkopplingen. Den bör dock lämpligen inte vara högre än att en enda GTO-tyristor kan användas utan behov av seriekoppling av tyristorer. En knäspänning pä 2 kV till 2,5 kV har visat sig vara ett lämpligt värde.

En andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen skall nedan beskrivas i anslutning till figurerna 3a-3f.

Halvledarorganet HO i figur l utgörs i dett fall av en effekttransistor av s k IGBT-typ (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor). Transistorn styrs av styrorganet SO, 10 15 20 25 30 35 40 Cl ' s' r _ CI W - som till transistorn avger en styrsignal sc, som styr transistorns impedans sä att den antingen antar ett lagt värde eller ett högt värde, vilket medför att styrningen kan göras med smä effektförluster i transistorn, dvs med stor effekthanteringsförmàga hos transistorn. Anordningen är i övrigt uppbyggd pà samma sätt som vid det ovan beskrivna utföringsexemplet, dock med tvà undantag. Styrdonet SO är anordnat för periodisk styrning av transistorns impedans mellan ett lágt och ett högt värde. Vidare är en induktor X inkopplad i serie med kondensatorn CB, företrädesvis en enkel luftinduktor. Induktorns induktans är sä vald att den tillsammans med kondensatorn CB bildar en svängningskrets med lämplig egenfrekvens, t ex nägra kHz. ..-wa ~Mv3^ Ett exempel pa uppbyggnaden av styrorganet SO visas i figur 3b. Spänningen ul över brytstället BSI tillförs styrorganet och begränsas till oskadligt värde av en ventilavledare VAII. Spänningen tillförs som matningsspänning en oscillator OSC. När oscillatorn far matningsspänning börjar den arbeta och avger ett pulstäg av fyrkantpulser. Oscillatorn är sá utformad att dess utsignal har samma frekvens som egenfrek- vensen hos den av induktorn X och kondensatorn CB bildade svängningskretsen. Utsignalen frän oscillatorn tillförs en förstärkare F för àstadkommande av lämplig spänningsnivå hos styrsignalerna sc till transistorn IGBT. Styrsignalen sc visas i figur 3c och figur 3e.

Figur 3c visar totala spänningen uT över anordningen samt styrsignalen sc som funktion av tiden. Figur 3d visar linje- strömmen I som funktion av tiden i samma tidsskala. Figu- rerna 3e och 3f visar samma storheter som figurerna 3c och 3d, men visar i expanderad tidsskala intervallet omkring den tidpunkt dà strömmen genom brytställena gär genom noll.

Pa samma sätt som beskrivits ovan beträffande det första utföringsexemplet initieras en brytning genom att växel- strömsbrytaren beordras att öppna sina kontaktpar - bryt- ställena BSI och BSII. Styrorganet SO fär da matningsspän- ning (vid tidpunkten tl i figurerna). oscillatorn börjar arbeta, och transistorn IGBT börjar styras periodiskt mellan lag och hög impedans i takt med egenfrekvensen hos sväng- ningskretsen X - CB. Denna styrning av transistorn exciterar en svängning av nämnda egenfrekvens och med växande amplitud flfvggn» 10 15 20 25 30 35 40 ^ OÛOÛ '161041 CC i den krets som bildas av induktansen X, kondensatorn CB och de bada brytställena BSI och BSII. Denna svängning genererar en tilltagande växelström som i brytställena överlagras pa linjeströmmen. Som framgar av figurerna kommer härigenom minimivärdet hos strömmen genom brytställena alltmer att närma sig noll, och vid tidpukten t2 gar strömmen genom brytställena genom noll, varvid de i brytställena brinnande ljusbagarna släcks. När ljusbagarna släcks kan strömmen inte svänga tillbaka till brytställena och svängningen upphör.

Linjeströmmen kommuteras över fràn brytställena till konden- satorgrenen och orsakar en rampspanning över kondensatorn pa samma sätt som vid den första utföringsformen. Rampen är mycket brant, vilket framgar av figurerna 3c och 3e. Induk- tansen hos induktorn X är typiskt sett sa lag att dess inverkan pa kretsen är försumbar fran och med svängningens upphörande vid tidpunkten t2. Efter denna tidpunkt är funk- tionen därför densamma som hos den första utföringsformen. I det i figurerna visade exemplet antas kondensatorspänningen na knäspänningen hos avledaren VAI innan linjeströmmen avta- git till noll. Knäspänningen nas vid tidpunkten t3, och mot- spänningen behaller detta värde till dess att linjeströmmen av motspänningen bringats att upphöra.

Vid denna utföringsform är (se figur 3f) strömderivatan lag vid den tidpunkt da strömmen genom brytstället BSI gar genom noll - approximativt gäller att den kurva som visar strömmen genom brytstället som funktion av tiden da tangerar nollin- jen. Pa detta sätt erhalles en kontroll och begränsning av strömderivatan. Brytstället BSI fär därigenom längre tid pa sig för avjonisering, och en viss brytare kan därför vid denna utföringsform användas för högre spännings- och effektnivaer. “ För en HVDC-anläggning med samma data som för det första utföringsexemplet, dvs en märkspänning pa 500 kv, en bryt- ström pa 2 kA och en ekvivalent filterkapacitans pa 1 uF kan samma värden användas för kapacitansen hos kondensatorn CB - luF - och för avledarens VAI knäspänning - 800 kV. Ett lämp- ligt värde för induktansen hos induktorn X är da t ex l mH, vilket ger en egenfrekvens hos svängningskretsen pa cirka 5 kHz. Styrorganets avledare VAII skyddar inte endast styror- ganet utan även transistorkopplingen IGBT. Avledarens knä- spänning bör vara sa lag att en enda transistor, eller ett ff. o^^n^* l 10 15 20 25 30 35 40 'vv-Vä -AAA litet antal seriekopplade transistorer, kan användas. Samti- digt bör knäspänningen vara sä hög att transistorernas svängning är tillräckligt kraftig för att ge en sä pass snabbt växande svängning att nollgenomgängen hos strömmen sker innan alltför mycket energi hunnit utvecklas vid bryt- ställena. Ett värde hos knäspänningen pä mellan 1 kV och 2 kV har visat sig vara lämpligt. Eftersom halvledarkopp- lingen (transistorn IGBT) i detta fall matar effekt till brytaranordningens LC-krets och i viss grad även till nätet/linjen, kan halvledarkopplingen behöva dimensioneras rikligare med avseende pä ström och spänning än vad som är fallet vid den förstnämnda utföringsformen.

Figur 4 visar hur brytorganet BO i figur 1 kan utformas. Det är uppbyggt av en enpolig växelströmsbrytare av SF6-typ för utomhusuppställning. Brytaren kan t ex vara av ABB HV Switchgears typ HPL-B i utförandet med tvä brytställen per pol. Brytaren är schematiskt visad. Den har ett fundament 10 där brytarens manöverdon (ej visat separat) är anordnat. Pä fundamentet vilar en stödisolator ll som ger erforderlig isolation mellan linjens potential och jord och som uppbär brytställena. I de tvä vid isolatorns ll övre del anordnade isolatorerna 12 och 13 är brytarens tvä brytställen anord- nade - brytstället BSI i isolatorn 12 och brytstället BSII i isolatorn 13. Till isolatorernas 12 och 13 ändstycken 14 och 15 är ledare 16, 17 anslutna för inkoppling av brytaren i linjen. Halvledarorganet HO samt styrorganet SO är anordnade i ett för utomhusbruk utformat apparathus (eller kapsling) 18, vilket är upphängt i brytaren parallellt med isolatorn 12. De i huset anordnade organen kan därigenom enkelt elekt- riskt parallellkopplas med brytstället BSI. Figur 4 visar inte den i anordningen ingäende kondensatorn CB eller avle- daren VAI, vilka lämpligen kan monteras pà en isolerad plattform vid sidan av brytaren.

Vid höga spänningsniväer kan det vara lämpligt eller nödvän- digt med fler brytställen än tva för att erhälla erforderlig spänningshällfasthet. Figur 5 visar hur detta kan uppnäs enligt en utföringsform av uppfinningen. Vid denna anordning är tvä likströmsbrytaranordningar av det i figur 4 visade slaget seriekopplade, varigenom fyra seriekopplade brytstäl- len erhälles och därmed ökad spänningshanteringsförmäga.

Brytarna har fundamenten 10a och 10b, stödisolatorerna lla ...Vïqnñ ,. 10 15 2Û 25 30 35 40 çr ^nfi^ agyqfl z-r och llb, samt isolatorerna l2a, l2b l3a. 13b med däri anord- nade brytstallen och med ändstyckena l4a, 14b, 15a l5b. Bry- taranordningarnas halvledarorgan med styrorgan är anordnade i husen 18a respektive l8b. De bada likströmsbrytaranord- ningarna är hopkopplade till varandra med en ledare l6b, och de är anslutna till linjen via ledarna l6a och l7b. De bada brytarna ges brytorder samtidigt. De bada seriekopplade lik- strömsbrytaranordningarna är försedda med icke visade kon- densatorer och ventilavledare pa det ovan beskrivna sättet, och var och en av likströmsbrytaranordningarna fungerar pa ovan beskrivet sätt.

De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen är endast exempel, och ett stort antal andra utföringsformer är tänkbara inom ramen för uppfinningen.

Salunda kan andra halvledarelement användas än de ovan angivna. Exempelvis kan i den första utföringsformen ovan i stället för en GTO-tyristor användas en med släckkrets för- sedd konventionell tyristor eller tyristorkoppling, eller eventuellt en lämplig effekttransistorkoppling_ Likasa kan i den andra av de bada beskrivna utföringsformerna nagon annan lämplig effekttransistor eller tyristor användas i stället för den beskrivna IGBT-transistorn.

I utföringsexemplen ovan har som mekaniskt brytorgan använts en konventionell växelströmsbrytare av SF5-typ. Alternativt kan givetvis nagon annan typ av växelströmsbrytare användas, t ex en oljeminimumbrytare eller en tryckluftbrytare. Likasa kan, om sa önskas, andra mekaniska brytorgan användas än en konventionell växelströmsbrytare.

De ovan beskrivna utföringsexemplen är utformade för bryt- ning av en ström med en viss given riktning. Anordningarna kan dock vid behov lätt kompletteras sa att de kan användas för brytning av ström med godtycklig riktning. Halvledaror- ganen far da - om erforderligt - kompletteras sa att de kan föra ström i bada riktningarna, t ex genom tillägg av ett motsvarande antiparallellkopplat halvledarorgan. Vidare far styrorganets styr- och matningskretsar utformas eller komp- letteras för funktion vid godtycklig polaritet hos matnings- spänningen. ^~f~fi^^ ,. 10 15 20 is1 ~4 n - lsl27' :ià t- i 1: En likströmsbrytaranordning enligt uppfinningen ger väsent- liga fördelar i förhållande till tidigare kända anordningar.

Genom att en växelströmsbrytare av standardtyp kan användas som en väsentlig del av anordningen kan denna utföras pä ett driftsäkert och ekonomiskt fördelaktigt sätt. En sädan bry- tare är förhållandevis billig och utomordentligt tillförlit- lig. Vid en anordning enligt upfinningen behöver halvledar- organen endast dimensioneras för en brakdel av den ätervän- dande spänningen, och halvledarorganen leder ström endast under ett kort tidsintervall under själva brytförloppet, i ett typiskt fall cirka 10 ms. Detta medför mycket laga för- luster. Ett typiskt halvledarelement kan vidare under sä kort tid klara flera gánger högre ström än under kontinuer- lig drift. Dessa faktorer möjliggör en synnerligen enkel uppbyggnad av halvledarorganen med endast en enda halvledar- komponent (eller ett litet antal halvledarkomponenter) och med inget eller minimalt behov av kylsystem och hjälpkraft.

Det ringa antalet halvledarkomponenter medför också ett minimalt behov av styreffekt. Genom att bade matning och aktivering av halvledarorganet och dess styrorgan görs frän spänningen över ett brytställe bortfaller vidare helt beho- vet av överföring av styrsignaler och hjälpkraft fràn jord- potential till de pä linjepotential anordnade organen.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 40 PATENTKRAV

1. Likströmsbrytaranordning för hög effekt och för inkoppling i en likströmsförande högspänningsledning (L), och med ett brytorgan (BO), vilket innefattar a) en styrbar halvledaranordning (HO, IGBT) b) styrorgan (SO) anordnade att styra halvledarorganet så att strömmen genom brytorganet får en nollgenom- gäng, samt med en med brytorganet parallellkopplad kondensator (CB), till vilken strömmen (I) i nämnda ledning (L) är anordnad att överkommuteras efter en nollgenomgáng hos strömmen genom brytorganet, kännetecknad av att brytorganet innefattar två normalt slutna elekt- riskt seriekopplade mekaniska brytställen (BSI, BSII) anordnade att genomflytas av strömmen i nämnda ledning och anordnade att öppnas för brytning av denna ström, att kondensatorn är anordnad parallellt med seriekopp- lingen av de båda brytställena, att halvledarorganet är parallellkopplat med ett första (BSI) av nämnda brytställen, att brytaranordningen innefattar ett induktivt organ (X) vilket tillsammans med kondensatorn (CB) och brytstäl- lena (BSI, BSII) ingår i en svängningskrets, samt att styrorganen (SO) är anordnade att i samband med öppnandet av de seriekopplade brytställena (BSI, BSII) styra halvledarorganet (IGBT) periodiskt för alstrande av en växande svängning i svängningskretsen och därmed av en nollgenomgàng hos strömmen genom det andra brytstället (BSII).

2. . Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av' att den innefattar parallellt med brytorganet anord- nade spänningsbegränsande organ (VAI) för begränsning av spänningen över brytorganet. 10 15 20 25 i Is'

3. Anordning enligt något av patentkraven 1 och 2 kän- netecknad av att styrorganen (SO) är anordnade att tillföras spänningen (ul) över det första brytstället (BSI) för effektmatning av styrorganen.

4. Anordning enligt något av patentkraven 1-3 känne- tecknad av att styrorganen (SO) är anordnade att i beroende av spänningen (ul) över det första brytstället (BSI) aktiveras för alstrande av nämnda svängning.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav kännetecknad av att den innefattar en i och för sig känd växelströmsbrytare och att de mekaniska brytställena (BSI, BSII) utgörs av brytställen i växelströmsbrytaren.

6. . Anordning enligt patentkravet 5 k ä n n e t e c k n a d a v att halvledarorganet och dess styrorgan (18) är mon- terade på potentialnivà på växelströmsbrytaren.

7. Anordning enligt patentkravet 1 kännete cknad av att styrorganen (SO) innefattar en oscillator (OSC) anordnad att alstra styrsignaler för periodisk tändning och släckning av halvledarorganet (IGBT) med en frekvens som överensstämmer med svängningskretsens (X, CB) egensväng- ningsfrekvens.