Oblast techniky

Vynález se týká tyristorového měniče odbočky pro nepřerušované přepínání mezi různými odbočkami vinutí zatíženého transformátoru s odbočkami, sestávajícího z mechanického voliče odbočky pro bezvýkonovou předvolbu příslušné odbočky vinutí na kterou se má přepnout a odbočkového přepínače s tyristory jako spínači pro skutečné přepnutí bez přerušení z předchozí odbočky na předvolenou novou odbočku vinutí pod zatížením.

Dosavadní stav techniky

Tyristorové měniče odbočky zmiňované kategorie se většinou také nazývají hybridní měniče odbočky, protože mimo tyristorů v odbočkovém přepínači, jako elektronických výkonových přepínačů, mají také mechanické kontakty, konkrétně kontakty mechanického voliče. Je možné rovněž zmínit, že existují také takzvané celotyristorové přepínače, známé například z WO 95/27 931, které se zcela obejdou bez pohyblivých mechanických přepínacích prvků. Ty jsou ale relativně velké a jejich konstrukce je složitá, takže nedoznaly rozšíření v praxi a navíc nejsou předmětem předkládaného vynálezu.

Předkládaný vynález se vztahuje k tyristorovým měničům odbočky kategorie zmíněné v úvodu, čili k hybridním měničům odbočky.

Tato kategorie tyristorových měničů odbočky může být rozdělena na dva různé typy zařízení s různými principy funkce.

Jako první příklad je z přihlášky DE 32 23 892 C2 známý tyristorový měnič odbočky, který pracuje na principu komutace. V tomto případě se přepínání zatížení provádí řízenou komutací zatěžovacího proudu - odtud je jméno - z jednoho antiparalelně zapojeného tyristorového páru v jedné větvi odbočkového přepínače na příslušný druhý tyristorový pár v druhé větvi. Měniče odbočky tohoto druhu byly sporadicky vyráběny a užívány přes 80 let jako takzvaný průchodkový typ. V tomto případě je aktivní část odbočkového přepínače připevněna na průchodkovém izolačním sloupu nad nádobou transformátoru ve skříni naplněné vzduchem, zatímco druhá část odbočkového přepínače je ponořena do olejem naplněné nádoby transformátoru. Průchodkový izolační sloup je částečně naplněn izolačním olejem a s okolím je spojen prostřednictvím těsnění ze silikonového gelu. Ve skříni aktivní části je umístěn rám, který nese elektronické podsestavy odbočkového přepínače. Vlastní podpěra průchodky je připevněna na připojovací přírubu; nosná klec s přepojovacími kontakty je umístěna v olejové komoře odbočkového přepínače, která je seshora uzavřena krycí deskou připojovací příruby. Takový odbočkový přepínač má nicméně velké požadavky na místo, zejména vzhledem k velké porcelánové průchodce mezi skříní elektroniky nad transformátorem a částí zařízení s nosnou klecí a pomocnými mechanickými přepínači, která je umístěna níže do transformátoru. Kromě toho je také obtížný přístup k jednotlivým součástem v oblasti naplněné olejem, takže provádění údržby je komplikované a nepříjemné. Celkově vzato nebyl tento typ v minulosti akceptován.

Jako druhý ze dvou typů zařízení je z přihlášky WO 98/48 432 znám tyristorový měnič odbočky s přepínacím odporem. V tomto případě je použit jeden antiparalelně spojený tyristorový pár, ke kterému je paralelně připojen přepínací odpor. Nejen tyristorový pár, ale také přepínací odpor může být ovládán specifickou přepínací sekvencí a může být připojován do proudového obvodu pomocí konkrétních mechanických přepínacích kontaktů. V takovém případě přepínacím odporem krátce teče zatěžovacf proud během přepínání zátěže a následně obvodový proud, který je vyvolán napětím odbočky regulačního vinutí. Konstrukční uspořádání praktického provedení tyristorového měniče odbočky na základě tohoto obvodu je známo z firemní publikace „OLTC Hybrid-Diverter Switch with Thyristors“ firmy ELIN OLTC GMBH, Rakousko a z článku „Hybrid-Transformatorstufenschalter TADS - ein zukunftsweisendes Konzept zur Verlángerung der Wartungsintervalle“ v měsíčníku „e & i“, číslo 11, 1999. Celý přepínač je v takovém případě pojat jako kompletní vložka, která se může plně ponořit do olejem naplněné nádoby transformátoru. V této konstrukci je nevýhodné, že tyristory jsou vystaveny horkému transformátorovému oleji. Toto předurčuje dlouhodobou životnost těchto elektronických součástí, které zpravidla fungují spolehlivě jen při okolních teplotách přibližně do 100 °C. Problém je dále zhoršen skutečností, že v přepínacím odporu - nebo v praxi obvykle v několika použitých přepínacích odporech se má vzhledem ke proudovému zatížení přeměnit na dodatečné teplo podstatné množství energie, což ohrožuje funkci tyristorů. V případě popsaných známých měničů odbočky to má za následek, že v daném časovém úseku by se měl provádět pouze omezený počet přepínání zátěže, aby vyvíjení tepla způsobené přepínacími odpory nepřekročilo mezní hodnotu. Toto je nežádoucí pro množství průmyslových způsobů použití. Ve spojitosti s tím již bylo navrhováno použití dodatečného teplotního spínače, který bude blokovat pohon motoru měniče odbočky, a tudíž bude dočasně zastavovat hybridní tyristorový přepínač, když okolí tyristorů překročí danou mezní teplotu, která ještě není škodlivá. Ukázalo se, že toto není podobně proveditelné v množství průmyslových případů použití; mimo to není problém tímto návrhem vyřešen, ale je pouze odstraněn příznak.

Rovněž tak je znám měnič odbočky s tyristorovým párem podle řešení, které je uvedeno v US 5 006 784. U tohoto řešení je ve stacionární funkci proudové napájení přebíráno mechanickým permanentním kontaktem. Toto řešení se nicméně týká tak zvaného hybridního přepínače s odděleným přepínačem změny zátěže s četnými mechanickými kontakty, ve kterém je s použitím akumulátoru energie realizováno rychlé přepínání mezi dvěma odbočkami vinutí transformátoru pomocí přepínacího odporu, který může být dočasně zapnut. Nevýhodou zde je použití akumulátoru energie.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je tyristorový měnič odbočky kategorie uvedené v úvodu, tj. hybridní měnič, který odstraňuje popsané nevýhody, především obchází komplikovaná uspořádání průchodek a izolačních sloupů, je strukturován tak, aby byl kompaktní a snadný na údržbu a s podmínkou vhodného dimenzování tyristorů umožňuje provádění množství přepínacích akcí za sebou.

Tento cíl je splněn tyristorovým měničem odbočky s vlastnostmi podle prvního patentového nároku. Druhotné nároky se vztahují k obzvláště výhodným provedením vynálezu.

Zvláštní výhoda vynálezu spočívá v tom, že tyristory mohou být jednoduše tepelně odděleny nejen od horkého oleje transformátoru, ale také od přepínacích odporů a pro tento účel se nepožaduje složitá konstrukce nebo obzvláště velká uspořádání průchodek. Podle obzvláště výhodného provedení vynálezu, díky oddělenému uspořádání přepínacích odporů, může být energie těmito odpory přeměněná na teplo jednoduše rozptýlena obvodem přirozeného nebo nuceného chlazení, zejména vzduchovým chlazením. Současně je zajištěno, že toto teplo nevyzařuje do dalších částí zařízení, které by nadměrně zahřívalo nebo by škodlivé působilo na tyristor. Celkově umožňuje tyristorový měnič odbočky podle vynálezu, provést jakýkoli počet přepínání zátěže bez toho, že by v případě dané krátkodobé činnosti tyristorů představovaly meze schopnosti tepelné zátěže tyristorů nějaký problém. Výhodou rovněž je, že není pro funkci uvedeného tyristorového měniče vůbec potřeba použít akumulátor energie.

-2CZ 303887 B6

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude dále podrobně vysvětlen na základě uspořádání. Nákres ukazuje tyristorový měnič odbočky podle vynálezu, zde v uspořádání s přepínacím odporem.

Příklady provedení vynálezu

Šedá oblast v levé části obrázku ukazuje nádobu 100 transformátoru naplněnou olejem. Jsou zde schematicky vyznačena vinutí 2 a 3, kde pravé vinutí je regulační vinutí 3 s odbočkami, s jednotlivými odbočkami l.„n vinutí. Každá z těchto odboček Ι.,.η vinutí je elektricky spojena s pevným kontaktem ΚΙ.,.Κη voliče 4 odbočky tyristorového měniče odbočky. Pevné kontakty Κί.,.Κη jsou známým způsobem elektricky propojeny pomocí dvou pohyblivých kontaktů 5, 6. voliče. Skutečný odbočkový přepínač 9, který pracuje na vzduchu, je za účelem umístění mimo nádobu I transformátoru uspořádán v samostatné skříni 8, postranně připevněné k této nádobě I transformátoru a spojené s ní průchodkovou deskou 7. Elektrická přípojná vedení 10, 11 od voliče 4 odbočky k odbočkovému přepínači 9, stejně jako vedení 12 od zatěžovacího bočníku L, vedou přes samostatné olejotěsné průchodky 13, 14, 15 v průchodkové desce 7. Odbočkový přepínač 9 se může skládat z různých součástí nezávisle na konkrétním použitém obvodu. Ve vyobrazeném provedení je nakreslen obvod známý z WO 98/48 432. V tomto případě stálé hlavní kontakty Dl a D2 při stacionární funkci vedou stálý proud, tj. tvoří příslušné spojení jednoho z pohyblivých kontaktů 5 a 6 voliče k zatěžovacímu bočníku L. SR označuje přemosťovací přepínač pro zatěžovací bočník L. Dále obvod zahrnuje jeden tyristorový pár £6 a první odbočovací přepínač CT a druhý odbočovací přepínač CR. V tomto případě je přepínací kontakt prvního odbočovacího přepínače CT elektricky spojen s tyristorovým párem 16 a přepínací kontakt druhého odbočovacího přepínače CR s přepínacím odporem 17.

Podle zvláště výhodného provedení vynálezu, které je zde zobrazeno, je použita další samostatná část 19 skříně, ve které je, rovněž ve vzduchu, umístěn přepínací odpor 1_7. Tato samostatná část 19 skříně je postranně umístěna na samostatné skříni 8 a je oddělena přepážkou 18. Otvory 20 a 21 jsou umístěny na vrchu a vespod této samostatné části 19 skříně tak, že samostatnou částí 19 skříně může procházet samostatný proud vzduchu pro ochlazování přepínacího odporu 17.

Celkově z nákresu vyplývá obzvláště jednoduchá konstrukce podle vynálezu. Kompletní volič odbočky 4 tyristorového měniče odbočky je umístěn v nádobě 1 transformátoru naplněné olejem a je tímto transformátorovým olejem obklopen. Tím není garantováno pouze mazání mechanických kontaktů, ale také dostatečná elektrická pevnost celého uspořádání. Skutečné přepínání zatížení se naproti tomu uskutečňuje tyristorovým párem .16 ve vzduchu mimo nádobu 1. transformátoru. Narušující vliv horkého oleje transformátoru na tyristorový pár 16 je tímto spolehlivě odstraněn. Elektrické spojení mezi těmito dvěmi podsestavami je podobně jednoduché, protože průchodkovou deskou 7 musí vést pouze tři elektrická přípojná vedení 10, 11 a vedení 12 od zatěžovacího bočníku L. Již zde bylo vysvětleno, že je obzvláště výhodné umístit přepínací odpor 17 v další samostatné části 19 skříně, rovněž ve vzduchu. Tím je zabezpečené nejen jednoduché chlazení přepínacího odporu 17, ale také je odstraněn jakýkoliv tepelný vliv na tyristorový pár 16.

Vynález není omezen pouze na známý obvod s jedním tyristorovým párem, pouze jedním přepínacím odporem a specifickým uspořádáním přídavných mechanických spínačů, který je vysvětlen v provedení. V rámci rozsahu vynálezu je stejně tak možné použít jakýkoliv jiný odbočkový přepínač jakéhokoliv druhu, s jedním nebo více tyristorovými páry jako spínacími prostředky a nezávisle na počtu, spínací a ovládací sekvenci jakýchkoli možných použitých mechanických přepínačů nebo odbočkových přepínačů. Podobně, mód a způsob generace zapalovacího napětí pro jednotlivé tyristory může být vyřešen několika způsoby v rámci rozsahu vynálezu.