DE3614589A1

DE3614589A1 - Overvoltage protection for DC voltage networks

Info

Publication number: DE3614589A1
Application number: DE19863614589
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Ciessow
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1987-11-05

Abstract

It is intended to create reliable overvoltage protection for DC voltage networks, which protection can be assigned directly to the network and is of simple construction. It is furthermore intended to overcome the disadvantages, which are known from voltage-dependent elements, of a voltage range which is governed by the design. This is achieved by connecting the series circuit comprising a voltage-dependent resistor (1) and a GTO thyristor (2) across the DC voltage network (+, -), the point at which the GTO thyristor (2) switches on being made dependent on a defined value of the applied DC voltage, and the point at which it switches off on a defined value of the current flowing in the voltage-dependent resistor (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz für Gleichspannungs netze.The invention relates to surge protection for direct voltage networks.

In Gleichspannungsnetzen muß mit kurzen, sporadisch auftretenden Über spannungen gerechnet werden. Diese resultieren vorwiegend aus Schalt vorgängen von angeschlossenen Verbrauchern im Zusammenhang mit immer vorhandenen Induktivitäten (z.B. Leitungsinduktivitäten). Für derartige Überspannungen sind Werte definiert worden, für die alle an ein be stimmtes Gleichspannungsnetz angeschlossenen Geräte dimensioniert wer den sollten (DIN 43 321).In DC voltage networks, short, sporadic overvoltages must occur tensions can be expected. These result mainly from switching operations of connected consumers in connection with always existing inductances (e.g. line inductances). For such Overvoltages have been defined for which all are connected to a devices connected to the correct DC voltage network should (DIN 43 321).

Bekannt sind Schaltungen zur Steuerung von Ballastwiderständen an Gleich spannungsnetzen, um Spannungsschwankungen aufzufangen. Dies geschieht vom Unterwerk her. Derartige Prinzipien sind u.a. in der Dissertation von H. J. Bangel, TU Berlin, März 1968, "Ein thyristorgesteuerter Ballastwiderstand" enthalten. Eine Anwendung dieser Verfahren bei dem beabsichtigten Anwendungsfall gibt jedoch nicht die später geschilderten Vorteile.Circuits for controlling ballast resistors on equal are known voltage networks to absorb voltage fluctuations. this happens from the substation. Such principles include in the dissertation by H. J. Bangel, TU Berlin, March 1968, "A thyristor controlled Ballast resistance ". An application of these methods in the the intended application does not, however, exist as described later Advantages.

Weiterhin bekannt ist es, zur Begrenzung von kurzzeitigen Überspannungen an angeschlossenen Geräten dort Bauelemente mit spannungsabhängiger Stromcharakteristik einzusetzen (z.B. BOD-Elemente, Varistoren usw.), die mit den Gleichspannungspotentialen verbunden sind. Nachteilig ist bei diesen Elementen die auslegungsbedingte Spannungsdifferenz zwischen dem Spannungswert, der dauernd aus Verlustleistungsgründen anstehen darf und in dem Spannungswert, der bei leistungsstarken Überspannungsspitzen auf tritt.It is also known to limit short-term overvoltages on connected devices there components with voltage-dependent Use current characteristics (e.g. BOD elements, varistors, etc.), which are connected to the DC potentials. The disadvantage is these elements the design-related voltage difference between the Voltage value that may be present continuously for reasons of power loss and in the voltage value that occurs with powerful surge peaks occurs.

Diese Verhältnisse sind in der Kennlinie in Fig. 1 prinzipiell darge stellt. Man erkennt die infolge der gegebenen Kennlinie des spannungs abhängigen Widerstandes hohe Spannungsdifferenz zwischen Nennbetriebs wert und oberem Spannungswert. Mit A ist der Arbeitspunkt bei Dauerbe trieb mit niedriger Spannung und niedrigem Strom, mit B der Arbeitspunkt bei leistungsstarken Überspannungsspitzen dargestellt. Bei B fließen bei hoher Spannung höhere Ströme.These ratios are in principle in the characteristic curve in FIG. 1. One recognizes the high voltage difference between the nominal operating value and the upper voltage value due to the given characteristic of the voltage-dependent resistance. With A the operating point for continuous operation with low voltage and low current, with B the operating point for powerful surge peaks. At B , higher currents flow at high voltage.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen sicheren Überspannungsschutz für Gleichstromnetze zu schaffen, der dem Netz direkt zuzuordnen ist, ein fach aufgebaut ist und die von spannungsabhängigen Bauelementen her be kannten Nachteile des geschilderten auslegungsbedingten Spannungshubes nicht mehr aufweist.The object of the invention is a safe surge protection for To create DC networks that can be directly assigned to the network is built up and the be from voltage-dependent components Known disadvantages of the described design-related voltage swing no longer has.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the characterizing features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.Advantageous refinements can be found in the subclaims.

Anhand von schematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.The invention will become more apparent on the basis of schematic exemplary embodiments explained.

Die Figuren stellen dar:The figures represent:

Fig. 1 eine bekannte Kennlinie - schon erwähnt - Fig. 2 einen Überspannungsschutz gemäß der Erfindung Fig. 3 die Kennlinie dazu Fig. 4 eine Schaltungsvariation mit zusätzlichem Schutz. Fig. 1 shows a known characteristic curve - already mentioned - Fig. 2 is a surge protector according to the invention Figure 3 shows the characteristic, Figure 4 shows a circuit variation with additional protection...

In den Fig. ist mit +- ein Gleichspannungsnetz bezeichnet, dem ein spannungsabhängiger Widerstand 1 mit einem in Reihe liegenden GTO- Thyristor 2 (abschaltbarer Thyristor) quergeschaltet ist. Gesteuert wird der GTO-Thyristor 2 von einem Steuermodul 3, derart, daß der Ein schaltpunkt vom Augenblickswert der anliegenden Gleichspannung und dessen Ausschaltpunkt vom Augenblickswert des Stromes abhängig gemacht wird. (Fig. 2).In the figures , + - denotes a DC voltage network to which a voltage-dependent resistor 1 with a GTO thyristor 2 (thyristor which can be switched off) is connected in series. The GTO thyristor 2 is controlled by a control module 3 such that the switch-on point is made dependent on the instantaneous value of the applied DC voltage and its switch-off point is dependent on the instantaneous value of the current. ( Fig. 2).

Im Normalbetrieb, d.h. ohne Auftreten von Überspannungen, ist der GTO- Thyristor 2 gesperrt und der spannungsabhängige Widerstand 1 liegt an sehr niedriger Spannung. Die auftretende Verlustleistung ist vgl. Fig. 3 Punkt A vernachlässigbar klein.In normal operation, ie without overvoltages occurring, the GTO thyristor 2 is blocked and the voltage-dependent resistor 1 is at a very low voltage. The power loss that occurs is cf. Fig. 3 point A negligibly small.

Entsprechend Fig. 3 Punkt B erfolgt die Zündung des GTO-Thyristors 2 bei einem festgelegten oberen Spannungswert, wonach sich ein Strom ent sprechend der Kennlinie des spannungsabhängigen Widerstandes 1 einstellt.According to Fig. 3 point B , the ignition of the GTO thyristor 2 takes place at a fixed upper voltage value, after which a current is set accordingly the characteristic of the voltage-dependent resistor 1 .

Nach Abklingen der kurzzeitigen sporadischen Überspannung wird der zu nächst hohe Strom abklingen und kann nach Unterschreiten eines fest vor gegebenen Wertes gesperrt werden.After the short-term sporadic overvoltage subsides, the becomes next high current decay and can drop below a fixed before given value can be blocked.

Mit der gegebenen Kennlinie des spannungsabhängigen Widerstandes 1 kann entsprechend Punkt C nun eine wesentlich geringere Spannungsdifferenz zwischen oberem und unterem Spannungswert gegenüber dem direkten Anschluß des spannungsabhängigen Widerstandes 1 an die Gleichspannung realisiert werden.With the given characteristic of the voltage-dependent resistor 1 , according to point C , a significantly smaller voltage difference between the upper and lower voltage value can be realized compared to the direct connection of the voltage-dependent resistor 1 to the direct voltage.

Die Wahl des Stromkriteriums für den Abschaltpunkt hat gegenüber dem Spannungskriterium den Vorteil, daß hierbei nur geringe Rückwirkungen auf das Gleichspannungsnetz auftreten und daß die Löscheinrichtung für den GTO-Thyristor 2 nur für diesen niedrigen Wert ausgelegt werden muß.The choice of the current criterion for the switch-off point has the advantage over the voltage criterion that only minor repercussions on the DC voltage network occur and that the quenching device for the GTO thyristor 2 only has to be designed for this low value.

Bei einem Störungsfall der Einrichtung kann nicht ausgeschlossen werden, daß der GTO-Thyristor 2 leitend bleibt, obwohl ein Löschbefehl anstand. Dieser Zustand kann für den spannungsabhängigen Widerstand 1 gefährlich werden, da er bei vorliegendem Schaltungsvorschlag nicht für Dauerbe trieb mit Nennspannung ausgelegt werden muß. Zweckmäßig wird deshalb - entsprechend Fig. 4 - vorgeschlagen, ein Sicherungselement 5 vorzuschal ten, z.B. eine Schmelzsicherung oder einen Leistungsschalter usw., - hier ist es eine Schmelzsicherung - das bei einem hohen Dauerstrom anspricht. Zweckmäßig wird man für ein schnelles Ansprechen im Störungsfall einen Überbrückungsthyristor 6, der der Einrichtung parallel geschaltet ist, zünden. Dadurch wird durch das Sicherungselement ein höherer Strom ge zogen. Als Kriterium für das Auslösen des Überbrückungsthyristors könnte die Temperatur ϑ des spannungsabhängigen Widerstandes 1 und/oder die sich einstellende Stromzeitfläche ausgewählt werden.In the event of a fault in the device, it cannot be ruled out that the GTO thyristor 2 remains conductive, although an erase command was pending. This state can be dangerous for the voltage-dependent resistor 1 , since it does not have to be designed for continuous operation with nominal voltage in the present circuit proposal. It is therefore advisable - according to Fig. 4 - to propose a fuse element 5 , for example a fuse or a circuit breaker, etc. - here it is a fuse - which responds to a high continuous current. Expediently, a bridging thyristor 6 , which is connected in parallel with the device, will be fired for a quick response in the event of a fault. As a result, a higher current is drawn through the fuse element. As a criterion for triggering the bridging thyristor, the temperature ϑ of the voltage-dependent resistor 1 and / or the resulting current-time area could be selected.

Claims

1. Overvoltage protection for DC networks, characterized in that the DC network (+, -) the series connection of a voltage-dependent resistor ( 1 ) with a GTO thyristor ( 2 ) is cross-connected, the switch-on point of the GTO thyristor ( 2 ) being made dependent from a defined value of the applied DC voltage and the switch-off point from a defined value of the current flowing in the voltage-dependent resistor ( 1 ).

2. Overvoltage protection according to claim 1, characterized in that to protect the device of this a current-dependent responsive hedging element ( 5 ) is connected upstream.

3. Surge protection according to claim 2, characterized in that a fuse is used as the fuse element ( 5 ).

4. Surge protection according to claim 2, characterized in that as Fuse element serves a circuit breaker.

5. Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized in that the device, a bridging thyristor ( 6 ) is connected in parallel, which is controllable in the event of overstressing and secondarily triggers the upstream fuse element ( 5 ).

6. Overvoltage protection according to one of claims 1 to 6, characterized in that for detecting the current flowing in the voltage-dependent resistor ( 1 ) this is associated with a series-connected current detection element ( 4 ).