DE102004052316B3

DE102004052316B3 - Verfahren zur Schaltzeitmessung an einem Laststufenschalter und Schaltung zur Schaltzeitmessung

Info

Publication number: DE102004052316B3
Application number: DE200410052316
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Albrecht; Alfred Bieringer; Konrad Roider
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: CN1766667B; CN1766667A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltzeitmessung an einem Laststufenschalter. Dabei wird eine Messschaltung an die elektrischen Schaltelemente im Inneren des Stufenschalters angelegt, die eine separate Spannungsquelle aufweist. Anschließend wird eine Umschaltung des Laststufenschalters vorgenommen und der Spannungsverlauf über einen Messwiderstand der Messschaltung erfasst. Aus den Zeitpunkten des Auftretens von Flanken an diesem Spannungsverlauf kann dann eine Zuordnung der Zeitpunkte der Schaltung der einzelnen Schaltelemente des Laststufenschalters erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der zeitlichen Reihenfolge von während der Betätigung eines Laststufenschalters nacheinander ablaufenden einzelnen Schaltungen von unterschiedlichen Kontakt- und Schaltelementen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine für dieses Verfahren geeignete Schaltung.

Laststufenschalter dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Anzapfungen eines Stufentransformators unter Last und damit zur Spannungsregelung; sie sind in zahlreichen Ausführungen bekannt und basieren – zumindest in Europa – in der Regel auf dem im Jahre 1926 von Dr. Jansen erfundenem Prinzip des Widerstandsschnellschalters. Als eigentliche Schaltelemente sind neben den klassischen mechanischen Schaltkontakten auch Thyristorschalter und zunehmend besonders auch Vakuumschaltzellen im Einsatz.

Aus der WO 99/60588 ist ein solcher Laststufenschalter bekannt, der als Typ eines Lastwählers ausgebildet ist. Dabei befinden sich in der Wandung eines Isolierstoffzylinders feste Stufenkontakte, die von einem Kontaktträger auf einer drehbaren Schaltwelle beschaltbar sind. Der Kontaktträger weist für jede zu schaltende elektrische Phase zwei mechanische Kontakte auf, die jeweils mit den festen Stufenkontakten kontaktierbar sind. Dabei steht einer der mechanischen Kontakte direkt mit einer ersten Vakuumschaltzelle und der andere mechanische Kontakt über einem zwischengeschalteten Überschaltwiderstand mit einer zweiten Vakuumschaltzelle elektrisch in Verbindung. Die jeweils andere Seite der beiden Vakuumschaltzellen ist elektrisch mit der Lastableitung verbunden. Die beschriebene Schaltung dieses bekannten Lastwählers ist noch einmal in 1 dargestellt. Dabei bezeichnen n, n+1, n+2 verschiedene Wicklungsanzapfungen, MTS und TTS die beiden mechanischen Kontakte, MSV und TTV die beiden Vakuumschaltzellen, R den Überschaltwiderstand in einem Zweig und STC die Lastableitung.

Bei jeder Umschaltung, d. h. Betätigung des Laststufenschalters, laufen in einer bestimmten, charakteristischen Schaltsequenz nacheinander verschiedene Schalthandlungen sowohl der mechanischen Kontakte als auch der Vakuumschaltzellen ab. Die Schaltsequenz des erläuterten bekannten Lastwählers ist noch einmal in 2 für mehrere Schaltungen hintereinander dargestellt. Es ist zu sehen, dass sich bei jeder Umschaltung verschiedene charakteristische Zeitpunkte ergeben, an denen jeweils ein mechanischer Kontakt MTS oder TTS oder eine der beiden Vakuumschaltzellen MSV oder TTV betätigt werden. In 3 sind diese charakteristischen Zeitpunkte t₀ bis t₇ gezeigt.

In 4 sind diese einzelnen Zeitpunkte noch einmal detailliert dargestellt; „c" (close) bedeutet dabei ein Schließen, „o" (open) ein Öffnen des jeweiligen Elementes. Im Einzelnen ergeben sich die charakteristischen Zeitpunkte wie folgt:

t_o: Ausgangslage; die Umschaltung beginnt
t₁: die Vakuumschaltzelle TTV öffnet
t₂: der mechanische Kontakt TTS schließt
t₃: die Vakuumschaltzelle TTV schließt wieder; es fließt ein Kreisstrom I_c
t₄: die Vakuumschaltzelle MSV öffnet
t₅: der mechanische Kontakt MTS öffnet
t₆: der mechanische Kontakt MTS schließt wieder
t₇: die Vakuumschaltzelle MSV schließt; die Umschaltung ist abgeschlossen.

Der jeweils mit I_L bezeichnete Pfeil zeigt an, in welchem Zweig der Laststrom fließt. Die Bezeichnung der Schaltelemente wurde in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, sie entspricht der Darstellung in der 1.

Um einen fehlerfreien Betrieb des Laststufenschalters sicherzustellen, ist es zwingend erforderlich, dass die erläuterten Zeitpunkte während der Umschaltung t₁...t₇ während jeder Umschaltung in etwa die gleiche schalterspezifische zeitliche Lage innerhalb der Gesamtschaltzeit aufweisen.

Im Herstellerwerk sind entsprechende Prüfungen vor Auslieferung des Laststufenschalters mit geeigneten Prüfvorrichtungen und Messmitteln ohne weiteres möglich. Anders ist dies jedoch vor Ort bei einem in den Transformator eingebauten Laststufenschalter. Wenn etwa im Rahmen von Inspektionen oder Reparaturen Bauteile ausgetauscht werden, insbesondere Kontakte, Kraftspeicherfedern oder andere die Kinematik beeinflussende Komponenten, ist es sinnvoll, nach dem Einbau zu prüfen, ob die gerätetypische, charakteristische Schaltsequenz noch eingehalten wird. Dazu gibt es derzeit kein geeignetes Verfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Verfahren anzugeben, das es für das Servicepersonal vor Ort mit einfachen Mitteln gestattet, zuverlässig eine Schaltzeitmessung, d. h. die Erfassung der Schaltsequenz während der Betätigung des Laststufenschalters, zu erfassen und im Ergebnis zu entscheiden, ob das Gerät voll funktionsfähig ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Schaltung anzugeben, mit der ein solches Verfahren auf einfache Weise durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches sowie eine Schaltung mit den Merkmalen des nebengeordneten dritten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen jeweils vorteilhafte Weiterbildungen.

Mit der Erfindung ist es jetzt erstmals auf einfache Weise möglich, direkt vor Ort, d. h. bei einem in den entsprechenden Stufentransformator eingebauten Laststufenschalter, nach Inspektionen, nach dem Wechsel von Schaltkontakten oder anderen Bauelementen die Schaltzeit zu messen und im Ergebnis zu entscheiden, ob die gemessene Schaltsequenz im Rahmen der schalterspezifischen und für eine ordnungsgemäße Funktion erforderlichen Standardwerte liegt.

Die Erfindungen sollen nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 die Schaltung eines bekannten Laststufenschalters
2 die Schaltsequenz dieses bekannten Laststufenschalters
3 die charakteristischen Zeitpunkte während der Umschaltung dieses bekannten Laststufenschalters
4 die in 3 gezeigten charakteristischen Zeitpunkte noch einmal im Detail.
Die 1 bis 4 sind dem Stand der Technik entnommen und wurden weiter oben bereits erläutert.
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
6 eine erfindungsgemäße Schaltung an einem Laststufenschalter des eingangs beschriebenen Typs
7 diese elektrische Schaltung im Detail
8 das Ergebnis des durchgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 5 ist der Verfahrensablauf, der nachfolgend näher erläutert werden soll, schematisch dargestellt.
Zunächst erfolgt eine Speicherung der schalterspezifischen Reihenfolge der einzelnen bei einer Umschaltung von n auf n+1 nacheinander ablaufenden Schaltungen der jeweiligen Schaltelemente MTS, TTS und Schalter, hier Vakuumschaltzellen MSV, TTV. Beim eingangs erläuterten bekannten Laststufenschalter ergibt sich damit die folgende Reihenfolge:

– 0-TTV (TTV öffnet)
– C-TTS (TTS schließt)
– C-TTV (TTV schließt)
– 0-MSV (MSV öffnet)
– 0-MTS (MTS öffnet)
– C-MTS (MTS schließt)
– C-MSV (MSV schließt).

Es finden also bei der Umschaltung, d. h. der Betätigung des Laststufenschalters, hier genau sieben nacheinander ablaufende charakteristische Schaltungen in der dargestellten Reihenfolge statt. Die Bedeutung der gewählten Symbole wurde bereits weiter oben erläutert.
Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Messschaltung, bestehend aus der Reihenschaltung einer Spannungsquelle U und eines Messwiderstandes R_M, zwischen den jeweils den beweglichen Schaltelementen MTS, TTS zugewandten Seiten der Schalter, hier Vakuumschaltzellen MSV, TTV, angeordnet. Die Anordnung erfolgt über – nicht dargestellte – elektrische Verbindungsleitungen derart, dass sowohl Spannungsquelle U als auch Messwiderstand R_M außerhalb des Laststufenschalters zugänglich sind. Im praktischen Fall wird dazu der Schaltereinsatz des Laststufenschalters demontiert, die Anschlussleitungen werden entsprechend angeklemmt, und nachfolgend wird der Schaltereinsatz wieder montiert, so dass der Laststufenschalter wieder funktionsfähig ist.
Nachfolgend wird eine Umschaltung des Laststufenschalters von n auf n+1 durchgeführt, gleichzeitig erfolgt eine Messung der Spannung U_M über den Messwiderstand R_M und Darstellung des Spannungsverlaufes U_M = f(t) während der Umschaltzeit t bis zum Erreichen der neuen Endstellung des Laststufenschalters. Dies kann besonders vorteilhaft mittels Oszillographen erfolgen. Nachfolgend werden die einzelnen Zeitpunkte t₁ bis t₇ erfasst, an denen steile Flanken am erfassten Verlauf der Messspannung U_M = f(t) auftreten.
Die Reihenfolge dieser erfassten Zeitpunkte t₁ bis t₇ wird nachfolgend mit der vorab gespeicherten schalterspezifischen Reihenfolge der Betätigungssequenz verglichen.
Im Ergebnis erfolgt dann eine Zuordnung der einzelnen Zeitpunkte t₁ bis t₇ zur zeitlichen Reihenfolge der jeweiligen Schalthandlungen:

– t₁ = O-TTV
– t₂ = C-TTS
– t₃ = C-TTV
– t₄ = 0-MSV
– t₅ = 0-MTS
– t₆ = C-MTS
– t₇ = C-MSV.

Damit sind die einzelnen Schaltzeiten der beteiligten schaltenden Elemente und ihre relative Lage während der Gesamtschaltzeit t auf einfache Weise festgestellt. Es kann jetzt ohne weiteres entschieden werden, ob diese Schaltsequenz im Rahmen der für den jeweiligen Typ vorgeschriebenen Normwerte liegt oder nicht.
Im erläuterten Beispiel ist die Erfindung an Hand einer Schaltung des Laststufenschalters von n auf n+1, d. h. auf die nächst höhere Wicklungsanzapfung, beschrieben. Die Wirkungsweise der Erfindung ist bei der entgegengesetzten Schaftrichtung des Laststufenschalters, d. h. einer Umschaltung von n+1 zurück auf n, ebenso gegeben. In diesem Fall erfolgt zu Beginn des Verfahrens eine Speicherung der schalterspezifischen Reihenfolge der einzelnen bei der Umschaltung von n+1 auf n nacheinander ablaufenden einzelnen Schaltungen derjeweiligen Schaltelemente MTS, TTS und Schalter, hier Vakuumschaltzellen MSV, TTV.
Die Spannung der Spannungsquelle kann z. B im Bereich von 5...50 V- liegen.
Die 6 und 7 zeigen noch einmal die bereits bei der Beschreibung des Verfahrens erläuterte erfindungsgemäße Schaltung. Die wesentlichen Bauteile dieser Schaltung befinden sich, wie weiter oben beschrieben, außerhalb des Laststufenschalters und sind damit während der Probeschaltungen des Laststufenschalters ohne weiteres zugänglich. Zum Anschluss der Verbindungsleitungen der Messschaltung an die jeweiligen Seiten der Vakuumschaltzellen MSV bzw. TTV können diese bereits werksseitig mit entsprechenden Anschlusspunkten, z. B. Anschlussbuchsen, vorgesehen werden. In diese Anschlussbuchsen kann dann z. B. mittels eines Steckers das Ende derjeweiligen Anschlussleitung der Messschaltung eingeführt werden.
In 8 ist noch einmal das Ergebnis, d. h. die Auswertung der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Zeitpunkte t₁ bis t₇, grafisch dargestellt. Es ist zu sehen, dass an Hand des aufgezeichneten Oszillogrammes der Messspannung U_M = f(t) ohne weiteres an Hand der Flanken dieser Messspannung die Einzelzeitpunkte ermittelt und diese den jeweiligen Schaltereignissen zugeordnet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Laststufenschalter eines ganz bestimmten Typs des Standes der Technik erläutert. Es ist jedoch nicht auf die Anwendung an diesem Typ beschränkt. Insbesondere können anstelle der erläuterten Vakuumumschaltzellen MSV, TTV beispielsweise auch mechanische Schalter vorgesehen werden. Weiterhin ist es auch möglich, eine andere Zahl und Anordnung von Schaltelementen und Kontakten vorzusehen. Das erfindungsgemäße Verfahren als auch die erfindungsgemäße Schaltung sind vielmehr bei allen Laststufenschaltern vom Typ des Widerstandsschnellschalters anwendbar.

Claims

Verfahren zur Schaltzeitmessung an einem Laststufenschalter, der mindestens zwei bewegliche Schaltelemente (MTS, TTS) zur wahlweisen Verbindung mit verschiedenen festen Stufenkontakten (n, n+1, n+2) aufweist und bei dem mindestens ein bewegliches Schaltelement (MTS) über einen elektrischen Schalter (MSV) direkt und mindestens ein weiteres bewegliches Schaltelement (TTS) über eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand (R) und einem weiteren elektrischen Schalter (TTV) mit einer Lastableitung (STC) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine nicht flüchtige Speicherung der schalterspezifischen Reihenfolge der Schaltsequenz, d. h. der nacheinander bei einer Umschaltung öffnenden bzw. schließenden beweglichen Schaltelemente (MTS, TTS) und elektrischen Schalter (MSV, TTV) erfolgt, dass nachfolgend eine Messschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Spannungsquelle (U) und eines Messwiderstandes (R_M), zwischen den jeweils den beweglichen Schaltelementen (MTS, TTS) zugewandten Seiten der elektrischen Schalter (MSV, TTV) angeschlossen wird, dass nachfolgend eine Umschaltung des Laststufenschalters vorgenommen wird und gleichzeitig eine Messung des Verlaufes der Spannung U_M = f(t) über den Messwiderstand (R_M) erfolgt, dass nachfolgend die Zeitpunkte (t₁...t₇) des Auftretens von Flanken am Verlauf der erfassten Messspannung U_M = f(t) erfasst werden und dass schließlich eine Zuordnung der Zeitpunkte (t₁...t₇) zur vorab gespeicherten schalterspezifischen Reihenfolge der Schaltsequenz erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Spannungsquelle (U) erzeugte Spannung eine Gleichspannung ist.
Messschaltung zur Schaltzeitmessung an einem Laststufenschalter, der mindestens zwei bewegliche Schaltelemente (MTS, TTS) zur wahlweisen Verbindung mit verschiedenen festen Stufenkontakten (n, n+1, n+2) aufweist und bei dem mindestens ein bewegliches Schaltelement (MTS) über einen elektrischen Schalter (MSV) direkt und mindestens ein weiteres bewegliches Schaltelement (TTS) über eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand (R) und einem weiteren elektrischen Schalter (TTV) mit einer Lastableitung (STC) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle (U) und eines Messwiderstandes (R_M) zwischen den jeweils den beweglichen Schaltelementen (MTS, TTS) zugewandten Seiten der elektrischen Schalter (MSV, TTV) angeschlossen ist und Mittel zur Messung der Spannung über den Messwiderstand (R_M) vorgesehen sind.
Messschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss der Messschaltung mittels Anschlussleitungen erfolgt, derart, dass sich Spannungsquelle (U) und Messwiderstand (R_M ) räumlich außerhalb des Laststufenschalters befinden.