CN102947902B - 有载分接开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在可调式变压器的绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关。在此，总的发明构思在于，将第一主电流支路的第一绕组抽头经由一个包括第一机械式切换开关和第一开关机构、亦即真空开关管或备选地半导体构件的串联电路与负载引线连接，以与之类似对称的结构方式将第二主电流支路的第二绕组抽头经由一个包括第二机械式切换开关和第二开关机构、亦即第二真空开关管或备选地第二半导体构件的串联电路同样与所述负载引线连接，在所述第一绕组抽头与所述第一机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的电阻的第一辅助电流支路，借助于该电阻能建立与所述第二主电流支路的第二机械式切换开关的电连接，并且在所述第二绕组抽头与所述第二机械式切换开关之间分支出具有另一个形成回路的电阻的第二辅助电流支路，借助于所述另一个电阻能建立与所述第一主电流支路的第一机械式切换开关的电连接。

Description

有载分接开关
技术领域
本发明涉及一种用于在可调式变压器的各绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关。
背景技术
多年以来，分接开关大量地在全球范围内应用于在可调式变压器的不同绕组抽头之间进行不中断的切换。这样的分接开关通常包括一个用于无功率地选择应当切换到的、可调式变压器的相应的绕组抽头的选择器以及用于从过去的绕组抽头实际切换到新的预选的绕组抽头的有载切换开关。有载切换开关为此通常具有开关触点和电阻触点。开关触点在此用于直接连接相应绕组抽头与负载引线，而电阻触点用于短时的接通、亦即借助于一个或多个转换电阻的桥接。然而近些年的发展偏离了具有机械式开关触点的有载切换开关。取而代之地更多地应用真空开关管或也有晶闸管作为开关元件。
用于有载切换的真空开关管的使用阻止了在油中形成弧光并因而阻止了有载切换开关油的油污染。它由此允许延长的维护间隔。具有真空开关管的有载分接开关以多个不同的、具有每项2、3、4也或更多切换的真空开关管的电路是已知。DE102007004530A1示出了一种典型的电路，在此每项具有3个真空开关管。
然而，在这种已知的具有用于调节功率变压器的真空开关管的有载分接开关的不同应用情况下，不超过100kV和显著高于此的高的耐冲击电压性是必需的。这些不期望的冲击电压——其高度明显由可调式变压器的和在各个抽头级之间的绕组构件的结构决定——一方面是雷电冲击电压，其通过雷电击在电网中产生。另一方面也可能出现开关冲击电压，其由不可预见的开关冲击在待调节的电网中造成。
在有载分接开关的不充足的耐冲击电压性的情况下，可能发生在不导通负载电流的负载支路中在真空开关管的陶瓷或蒸汽屏罩上的短时的级短路或不期望的击穿，这不仅可以造成其长时间的损害，而且一般是不期望的。
这在很多情况下在触点间隔并且因而特别地还有真空开关管的设计中导致超尺寸，以便它们安全地承受住所述的电压载荷。不仅当今在现代装置中提供的小空间而且这种真空开关管的经济性和可用性使得这样的超尺寸看起来是不利的。
从DE2357209A和DE2604344已知，为了克服太高的冲击电压载荷在负载支路之间设置保护放电间隙或与电压有关的电阻或者二者；然而这种机构在不同的情况下是不足够的并且在其效果方面不能排除或不能完全排除有害的冲击电压载荷。
除了相对于不超过100kV的高冲击电压不足够的保护外，DE102007004530A1的已经在更上面提到的电路也被设计为所谓的不对称的电路，这意味着独立于开关装置必须总是首先使相同的触点电切换或机械运动。而在机械对称的电路中，在运动离开过程中、亦即在切换轴沿一个方向转动时最后闭合的触点在返回运动过程中、亦即切换轴沿另一方向转动时首先打开，以及反之亦然。不对称的电路一般在电气操作中更容易，不过具有这样的缺点，即，它的机械转换需要成本非常高的结构上的解决方案。
因此，为了非对称电路的机械转换例如在WO96/30922中提出，对于每个要操作的开关元件——其可能是真空开关管或机械触点——对于驱动轴的每个运动方向分别彼此在一个轴向可运动地设置在切换轴上的开关插件上设置不同的部分凸轮盘，从而与转动方向有关地能使分别与开关元件对应的部分凸轮盘与相应的开关元件啮合或不啮合。
发明内容
因此，本发明的任务在于，给出一种用于在可调式变压器的各绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关，其在不出现真空开关管的超尺寸的情况下仍然能确保必需的耐电压性并且此外构成为机械对称的电路。
所述任务通过具有如下两组特征的、用于在可调式变压器的各绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关解决。这两种有载分接开关在此以用于解决该任务的同样的发明构思为基础，在技术上通过效果相当的开关机构实现，亦即借助于真空开关管或备选地借助于半导体构件。
第一种用于在可调式变压器的绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关具有：仅仅一个第一机械式切换开关和一个第二机械式切换开关；用于无功率地预选应当切换到的新的绕组抽头的选择器，以及用于实际不中断地有载切换的有载切换开关；所述有载切换开关具有一个第一主电流支路和一个第二主电流支路以及一个第一辅助电流支路和一个第二辅助电流支路，这两个主电流支路和两个辅助电流支路能与一个负载引线连接；所述第一主电流支路的第一绕组抽头能经由一个包括第一机械式切换开关和第一真空开关管的串联电路与所述负载引线连接；所述第二主电流支路的第二绕组抽头能经由一个包括第二机械式切换开关和第二真空开关管的串联电路与所述负载引线连接；在所述第一绕组抽头与第一机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的第一电阻的所述第一辅助电流支路，借助于该第一电阻能建立与所述第二机械式切换开关的电连接；并且在所述第二绕组抽头与第二机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的第二电阻的所述第二辅助电流支路，借助于该第二电阻能建立与所述第一机械式切换开关的电连接，其中，所述第一机械式切换开关构成为用于在第一主电流支路和第二辅助电流支路之间直接切换，并且所述第二机械式切换开关构成为用于在第二主电流支路和第一辅助电流支路之间直接切换。
第二种用于在可调式变压器的绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关具有：仅仅一个第一机械式切换开关和一个第二机械式切换开关；用于无功率地预选应当切换到的新的绕组抽头的选择器，以及用于实际不中断地有载切换的有载切换开关；所述有载切换开关具有一个第一主电流支路和一个第二主电流支路以及一个第一辅助电流支路和一个第二辅助电流支路，这两个主电流支路和两个辅助电流支路能与一个负载引线连接；所述第一主电流支路的第一绕组抽头能经由一个包括第一机械式切换开关和第一半导体构件的串联电路与所述负载引线连接；所述第二主电流支路的第二绕组抽头能经由一个包括第二机械式切换开关和第二半导体构件的串联电路与所述负载引线连接；在所述第一绕组抽头与机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的第一电阻的所述第一辅助电流支路，借助于该第一电阻能建立与所述第二机械式切换开关的电连接，并且在所述第二绕组抽头与第二机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的第二电阻的所述第二辅助电流支路，借助于该第二电阻能建立与所述第一机械式切换开关的电连接，所述第一机械式切换开关构成为用于在第一主电流支路和第二辅助电流支路之间直接切换，并且所述第二机械式切换开关构成为用于在第二主电流支路和第一辅助电流支路之间直接切换。
在此，总的发明构思在于，将第一主电流支路的第一绕组抽头经由一个包括第一机械式切换开关和第一开关机构、亦即真空开关管或备选地半导体构件的串联电路与负载引线连接，以与之类似对称的结构方式将第二主电流支路的第二绕组抽头经由一个包括第二机械式切换开关和第二开关机构、亦即第二真空开关管或备选地第二半导体构件的串联电路同样与所述负载引线连接，在所述第一绕组抽头与所述第一机械式切换开关之间分支出具有一个形成回路的电阻的第一辅助电流支路，借助于该电阻能建立与所述第二主电流支路的第二机械式切换开关的电连接，并且在所述第二绕组抽头与所述第二机械式切换开关之间分支出具有另一个形成回路的电阻的第二辅助电流支路，借助于所述另一个电阻能建立与所述第一主电流支路的第一机械式切换开关的电连接。
由此，依据本发明给出了用于在可调式变压器的各绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关的电路，其不仅是机械对称而且是电对称的并且还关于机械式切换开关确保相应未接通的绕组抽头的完全地电隔离并因而确保了高的耐冲击电压性。如上所述，在机械对称的电路中，在运动离开过程中、亦即在切换轴沿一个方向转动时最后闭合的触点在返回运动过程中、亦即在切换轴沿另一方向转动时首先打开，以及反之亦然。这在其机械转换中提供了有载切换开关结构的一个特别简单的可能性，而在此无需动用耗费的辅助结构，如在WO96/30922中所描述的。
此外，依据本发明的解决方案提供了电路的电对称的其他技术优点。由此，全部开关机构——可能是所使用的真空开关管、半导体构件、机械式触点也或形成回路的电阻——在有载切换时以相同的触点间隔被加载。这提供了所有使用的开关机构的特别保护的载荷的优点。因为真空开关管或备选使用的半导体构件的功能在从绕组抽头n切换到绕组抽头n+1的过程中以及在从绕组抽头n+1切换到绕组抽头n的过程中交替，所以所使用的真空开关管或备选使用的半导体构件还具有在维护技术上有利的对称的磨损。
附图说明
下面根据各实施例对本发明更详细地阐明。其中，
图1示出了依据本发明的有载分接开关的示意图，在此示出的是绕组抽头n接通的基本位置；
图2至7示出在有载切换至绕组抽头n+1的过程中切换顺序的各个切换步骤。图7在此示出了完成转换之后的静态。
具体实施方式
图1详细地示出了依据本发明的有载分接开关的有载切换开关。在此，随后示例性地根据具有真空开关管的实施例阐述和说明本发明。未示出有载分接开关的选择器，该选择器在实际的有载切换之前进行无功率地选择应当切换到的新的绕组抽头、在此是n+1。有载切换开关——如根据现有技术所已知的——具有两个负载支路A和B，这两个负载支路分别与一个绕组抽头n或n+1电连接。依据本发明的有载分接开关在每个负载支路中具有一个主电流支路和一个辅助电流支路。
第一主电流支路经由一个机械式切换开关U1和一个与之串联连接的真空开关管V1建立从绕组抽头n至负载引线LA的电连接。以与之类似对称的结构方式，第二主电流支路经由一个串联连接的机械式切换开关U2和一个真空开关管V2同样建立从绕组抽头n+1至负载引线LA的电连接。
在第一主电流支路的绕组抽头n与机械式切换开关U1之间分支出一个具有一个形成回路的电阻R1的第一辅助电流支路，借助于该电阻能建立与第二主电流支路的机械式切换开关U2的电连接。以也与之类似的结构方式，在第二主电流支路的绕组抽头n+1与机械式切换开关U2之间分支出一个具有一个形成回路的电阻R2的第二辅助电流支路，借助于该电阻能建立与第一主电流支路的机械式切换开关U1的电连接。由此，根据相应的开关机构的位置，第一辅助电流支路可以经由电阻R1和与之串联连接的开关机构、亦即机械式切换开关U2和真空开关管V2建立从绕组抽头n至负载引线LA的导电连接，而第二辅助电流支路可以经由电阻R2和与之串联连接的开关机构亦即机械式切换开关U1和真空开关管V1建立从绕组抽头n+1至负载引线LA的导电连接。
在图1中示出了接通的绕组抽头n的静态运行，其中负载电流从绕组抽头n经由机械式切换开关U1和闭合的真空管V1直接流至负载引线LA。因为电流选择内部导通电阻最小的路径，所以仅可忽略不计地少部分的负载电流从绕阻抽头n经由分支出的第一辅助电流支路流至负载引线LA。
随后根据另外的图2至7以所有单个步骤示出了根据本发明的有载分接开关在从图1中示出的基本位置切换到新的绕组抽头n+1时的完全的切换顺序。
图2：真空管V1是打开的；负载电流由第一辅助电流支路接收并引导至负载引线LA，所述第一辅助电流支路包含电阻R1、连接到第一辅助电流支路上的机械式切换开关U2和闭合的真空管V2。此外，机械式切换开关U1无负载地从n侧切换到n+1侧的第二辅助电流支路上。
图3：真空管V1闭合。
图4：回路电流IC在这两个支路中的每个支路中流经两个真空管V1和V2、机械式切换开关U1和U2以及电阻R1和R2。同时真空管V2开始打开。
图5：负载电流现在完全转换到另一支路上并且仅仅被引导经过电阻R2、机械式切换开关U1和真空管V1的串联电路。此外，机械式切换开关U2无负载地从n侧切换到n+1侧。
图6：真空管V2闭合。
图7：最后，包括机械式切换开关U2和真空管V2的串联电路的、绕组抽头n+1的主电流支路接收负载电流；到新的绕组抽头n+1的切换结束。
因为所述电路依据本发明在电和机械方面对称，所以从绕组抽头n+1至绕组抽头n的切换以类似相反的顺序进行。

Claims (2)

1.用于在可调式变压器的绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关，具有：
仅仅一个第一机械式切换开关(U1)和一个第二机械式切换开关(U2)；
用于无功率地预选应当切换到的新的绕组抽头的选择器，以及用于实际不中断地有载切换的有载切换开关，
其中，所述有载切换开关具有一个第一主电流支路和一个第二主电流支路以及一个第一辅助电流支路和一个第二辅助电流支路，这两个主电流支路和两个辅助电流支路能与一个负载引线(LA)连接，
其中，所述第一主电流支路的第一绕组抽头(n)能经由一个包括第一机械式切换开关(U1)和第一真空开关管(V1)的串联电路与所述负载引线(LA)连接，
所述第二主电流支路的第二绕组抽头(n+1)能经由一个包括第二机械式切换开关(U2)和第二真空开关管(V2)的串联电路与所述负载引线(LA)连接，
在所述第一绕组抽头(n)与第一机械式切换开关(U1)之间分支出具有一个形成回路的第一电阻(R1)的所述第一辅助电流支路，借助于该第一电阻能建立与所述第二机械式切换开关(U2)的电连接，
并且在所述第二绕组抽头(n+1)与第二机械式切换开关(U2)之间分支出具有一个形成回路的第二电阻(R2)的所述第二辅助电流支路，借助于该第二电阻能建立与所述第一机械式切换开关(U1)的电连接，
其中，所述第一机械式切换开关(U1)构成为用于在第一主电流支路和第二辅助电流支路之间直接切换，
并且所述第二机械式切换开关(U2)构成为用于在第二主电流支路和第一辅助电流支路之间直接切换。
2.用于在可调式变压器的绕组抽头之间进行不中断的切换的有载分接开关，具有：
仅仅一个第一机械式切换开关(U1)和一个第二机械式切换开关(U2)；
用于无功率地预选应当切换到的新的绕组抽头的选择器，以及用于实际不中断地有载切换的有载切换开关，
其中，所述有载切换开关具有一个第一主电流支路和一个第二主电流支路以及一个第一辅助电流支路和一个第二辅助电流支路，这两个主电流支路和两个辅助电流支路能与一个负载引线(LA)连接，
其中，所述第一主电流支路的第一绕组抽头(n)能经由一个包括第一机械式切换开关(U1)和第一半导体构件的串联电路与所述负载引线(LA)连接，
所述第二主电流支路的第二绕组抽头(n+1)能经由一个包括第二机械式切换开关(U2)和第二半导体构件的串联电路与所述负载引线(LA)连接，
在所述第一绕组抽头(n)与机械式切换开关(U1)之间分支出具有一个形成回路的第一电阻(R1)的所述第一辅助电流支路，借助于该第一电阻能建立与所述第二机械式切换开关(U2)的电连接，
并且在所述第二绕组抽头(n+1)与第二机械式切换开关(U2)之间分支出具有一个形成回路的第二电阻(R2)的所述第二辅助电流支路，借助于该第二电阻能建立与所述第一机械式切换开关(U1)的电连接，
其中，所述第一机械式切换开关(U1)构成为用于在第一主电流支路和第二辅助电流支路之间直接切换，
并且所述第二机械式切换开关(U2)构成为用于在第二主电流支路和第一辅助电流支路之间直接切换。
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