DE102008064487A1 - Medium-low voltage transformer with tap-change - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Stufenschalter für Mittel-Niederspannungstransformatoren angegeben, der auf einem oder mehreren mechanischen Schaltern basiert. Beim Umschalten wird der Strom über Halbleiterschalter geführt, um die Unterbrechungsfreiheit zu sichern.There is provided a tap changer for medium-low voltage transformers based on one or more mechanical switches. When switching the power is passed through semiconductor switches to ensure the freedom of interruption.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mittel-Niederspannungstransformator mit Stufenschaltung.The The invention relates to a medium-low voltage transformer with Stage circuit.

Energieverteilnetze sind insbesondere durch die Impedanzen der Netzkomponenten und durch wechselnde Lasten Spannungsschwankungen unterworfen. Es ist erstrebenswert, die Schwankungen so gering wie möglich zu halten. Dafür werden bei Transformatoren zwischen Hoch- und Mittelspannung Stufenschalter verwendet. Der Stufenschalter gleicht die bei Belastungsänderungen auftretenden Spannungsschwankungen aus, indem er das Übersetzungsverhältnis ändert. Zu diesem Zweck ist zumindest eine der Wicklungen des Transformators mit einer Reihe von Anzapfungen versehen, die von einem Wählermechanismus elektrisch angebunden werden können. Weiterhin ist ein Lastumschalter vorgesehen, der die Umschaltung zwischen zwei Wählerpositionen unterbrechungsfrei auch unter Last vornimmt. Ein Windungskurzschluss wird vermieden, indem der Stromfluss kurzzeitig über Widerstände gezwungen wird.energy distribution are in particular by the impedances of the network components and by changing Loads subjected to voltage fluctuations. It is desirable the fluctuations as low as possible to keep. Therefore are used in transformers between high and medium voltage tap changer used. The tap changer is the same as load changes occurring voltage fluctuations by changing the gear ratio. To this purpose is at least one of the windings of the transformer provided with a series of taps by a voter mechanism can be electrically connected. Furthermore, a diverter switch is provided which the switching between two voter positions uninterrupted even under load. A winding short circuit is avoided by the current flow is forced through resistors for a short time.

Es ist möglich, dass in der Zukunft die Energieversorgung im Vergleich mit der heutigen Situation dezentraler erfolgt. Das heißt, die Stromerzeugung findet näher zum Verbraucher als heute in einer größeren Zahl von jeweils kleineren Anlagen statt. Solche Anlagen sind beispielsweise Photovoltaikanlagen, Windkraftwerke und Biomasse-Kraftwerken oder auch kleinere Blockheizkraftwerke. Kleinere Kraftwerke sind wegen der eher umsetzbaren Kraft-Wärme-Kopplung zumindest prinzipiell sehr vorteilhaft. Wenn der erzeugte Strom nicht direkt abgenommen werden kann, ist eine Einspeisung vom Niederspannungsnetz in das Mittelspannungsnetz erforderlich, um eine verlustarme Übertragung über weite Strecken zu ermöglichen. Hierzu ist es erforderlich, im Verteilungstransformator ein variables Übersetzungsverhältnis zur Verfügung zu stellen.It is possible, that in the future the energy supply compared with today Situation is more decentralized. That is, the power generation finds closer to Consumers than today in a larger number of smaller each Plants instead. Such systems are for example photovoltaic systems, Wind power plants and biomass power plants or smaller cogeneration plants. Smaller power plants are due to the more feasible combined heat and power at least in principle very advantageous. When the electricity generated can not be taken directly, is a feed from the low voltage grid in the medium voltage network required to low-loss transmission over a long distance To enable routes. For this purpose, it is necessary in the distribution transformer, a variable transmission ratio for disposal to deliver.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mittel-Niederspannungstransformator mit Stufenschaltung anzugeben, der besonders einfach aufgebaut ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Betriebsverfahren für einen solchen Transformator anzugeben.task It is the object of the present invention to provide a step-switching medium-to-low voltage transformer to specify, which is particularly simple. Another task The invention is an operating method for a specify such transformer.

Diese Aufgabe wird durch einen Mittel-Niederspannungstransformator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.These Task is by a medium-low voltage transformer with the features of claim 1 solved. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims. The task is also performed by a procedure with the characteristics of Claim 10 solved.

Der erfindungsgemäße Mittel-Niederspannungstrafo weist eine Stufenschaltung auf. Dabei weist eine der Wicklungen des Trafos, vorzugsweise die niederspannungsseitige Sekundärwicklung, zwei Endanzapfungen und wenigstens eine weitere Anzapfung auf. Weiterhin ist wenigstens eine Schalteinrichtung zur schaltbaren elektrischen Verbindung von wenigstens einer der Anzapfungen mit einer Ausgangsleitung des Trafos vorgesehen. Schließlich ist wenigstens eine Halbleiterschaltvorrichtung vorgesehen, die elektrisch mit der Ausgangsleitung und mit einer der Anzapfungen verbunden ist.Of the Medium-low voltage transformer according to the invention has a tap changer. This shows one of the windings of the transformer, preferably the low-voltage side secondary winding, two end taps and at least one more tapping on. Farther is at least one switching device for switchable electrical Connection of at least one of the taps with an output line provided the transformer. After all At least one semiconductor switching device is provided which electrically with the output line and with one of the taps connected is.

Bevorzugt ist eine erste der Endanzapfungen direkt mit einer ersten Ausgangsleitung des Trafos verbunden und wird für die Stufenschaltung nicht weiter verändert oder in spezieller Weise verwendet. Die zweite Endanzapfung am anderen Ende der Wicklung hingegen wird zusammen mit der oder den weiteren Anzapfungen für die Stufenschaltung verwendet und die Anzapfungen sind hierzu in komplexerer Weise mit der zweiten Ausgangsleitung des Trafos verbunden.Prefers is a first of the end taps directly to a first output line connected to the transformer and is used for the tap-changer does not change further or in a special way used. The second end tapping at the other end of the winding however, together with the one or more taps for the tap changer used and the taps are more complex with this purpose connected to the second output line of the transformer.

Die Schalteinrichtung umfasst bevorzugt mechanische Schalter, die vorteilhaft einen besonders geringen Durchlasswiderstand aufweisen, und ermöglicht besonders bevorzugt ein unabhängiges Zu- und Abschalten von einzelnen Anzapfungen. Dabei verbindet die Schalteinrichtung zweckmäßig im Wechsel einzelne der Anzapfungen mit der zweiten Ausgangsleitung des Trafos.The Switching device preferably comprises mechanical switches, which are advantageous have a particularly low on-resistance, and particularly allows preferably an independent one Switching on and off of individual taps. It connects the Switching device expedient in change one of the taps with the second output line of the transformer.

Der erfindungsgemäße Mittel-Niederspannungstrafo weist vorteilhaft einen einfachen und durch die Halbleiterschalter wartungsarmen Aufbau auf und ermöglicht eine Stufenschaltung ohne Lastunterbrechung im Mittel- zu Niederspannungsbereich.Of the Medium-low voltage transformer according to the invention advantageously has a simple and through the semiconductor switch low-maintenance construction and allows a tap changer without load interruption in the medium to low voltage range.

Zweckmäßig, aber nicht zwangsläufig, enthält der Stufenschalter eine Steuerungseinrichtung, die selbsttätig eine Steuerung der Lastumschaltung vornimmt. Dazu weist die Steuerungseinrichtung zweckmäßig Mittel auf, die eine Erkennung ermöglichen, wann eine Umschaltung erfolgen sollte. Beispielsweise kann es sich dabei um Mittel zur Bestimmung von Spannung und/oder Strom auf der Eingangs- oder Abgangsseite handeln. Durch diese wird ermittelt, ob eine Umschaltung nötig ist, indem beispielsweise bei erhöhter abgangsseitiger Last die entsprechende leichte Senkung der Ausgangsspannung detektiert wird. Alternativ kann die Steuerung der Lastumschaltung auch von außerhalb des Stufenschalters vorgenommen werden. In diesem Fall weist der Stufenschalter zweckmäßig Mittel auf, die eine Steuerung von außen ermöglichen. Dabei kann es sich um eine indirekte, beispielsweise digitale Fernsteuerung handeln, die im Stufenschalter durch eine Steuereinrichtung umgesetzt wird in die tatsächliche Ansteuerung des Schalters. Es kann sich auch um eine direkte, analoge Steuerung von außen handeln, die ggfs. sogar ohne interne Steuereinrichtung erfolgen kann, beispielsweise durch direkte Beaufschlagung eines Aktors des Schaltelements von außen mit Strom.Suitably, but not necessarily, the tap changer contains a control device that automatically performs a control of the load switching. For this purpose, the control device expedient means, which allow detection when a switch should occur. For example, these may be means for determining voltage and / or current on the input or output side. This determines whether a changeover is necessary, for example by detecting the corresponding slight decrease in the output voltage when the load on the output side is higher. Alternatively, the control of the load switching can be made from outside the tap changer. In this case, the tap changer expedient means on which allow external control. This can be an indirect, for example, digital remote control, which is implemented in the tap changer by a control device in the actual control of the switch. It can also be a direct, analog control from the outside, if necessary. Even without internal control device can take place, for example, by direct application of current to an actuator of the switching element from the outside.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtung nur mit den weiteren Anzapfungen verbunden ist, also negativ formuliert nicht mit den Endanzapfungen verbunden ist. Zweckmäßig ist es dann, wenn mehrere weitere Anzapfungen existieren, also mindestens zwei. Zweckmäßig ist es dann auch, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung mit einer der Endanzapfungen verbunden ist. Dieser Aufbau erlaubt einen besonders vorteilhaften Betrieb.Especially It is advantageous if the switching device only with the other Taps is connected, so not formulated with the negative End taps is connected. It is useful if several more taps exist, so at least two. Is appropriate it then also when the semiconductor switching device with one of the End taps is connected. This construction allows a special advantageous operation.

Bei diesem wird, sobald eine Umschaltung nötig erscheint, die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet. Dieses Einschalten erfolgt bevorzugt im Nulldurchgang der Wechselspannung, wobei zweckmäßig eine Einschaltverzögerung der oder der Halbleiterschalter der Halbleiterschaltvorrichtung berücksichtigt wird, also beispielsweise eine Zündverzögerung von Thyristoren. Hierdurch wird ein Spannungssprung vermieden.at this is, as soon as a switch appears necessary, the semiconductor switching device switched on. This switching is preferably carried out at the zero crossing the AC voltage, expediently a switch-on delay of or the semiconductor switch of the semiconductor switching device taken into account is, so for example, a Zündverzögerung of Thyristors. As a result, a voltage jump is avoided.

Ist die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet, entsteht ein Windungskurzschluss, da eine direkte Verbindung zwischen einer der weiteren Anzapfung über das Schaltelement, die Halbleiterschaltvorrichtung zur Endanzapfung besteht. Dadurch bedingt wird sich in diesem Stromkreis ein Strom aufbauen. Um den Aufbau dieses Stroms abzubremsen, ist vorzugsweise in Reihe zur Halbleiterschaltvorrichtung eine Induktivität vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann zur Begrenzung des Stroms auch ein Widerstandselement vorgesehen sein.is turned on the semiconductor switching device, a winding short circuit, since a direct connection between one of the further taps on the Switching element, the semiconductor switching device for final tapping consists. This causes a current in this circuit build up. To decelerate the structure of this stream is preferably provided in series with the semiconductor switching device an inductance. Alternatively or in addition may be provided to limit the current and a resistive element.

Durch die relative Anordnung von der Halbleiterschaltvorrichtung an der Endanzapfung und des Schaltelements an einer der weiteren Anzapfungen ist der Strom im Windungskurzschlusskreis dem Laststrom entgegengesetzt. In der Folge wird deshalb ein Zeitpunkt erreicht, an dem der Strom im Windungskurzschlusskreis den gleichen Betrag annimmt wie der Laststrom und somit über das Schaltelement so gut wie kein Strom mehr fließt. Anders ausgedrückt, ist der Laststrom bei diesem Zeitpunkt vollständig zur Halbleiterschaltvorrichtung kommutiert.By the relative arrangement of the semiconductor switching device to the End tap and the switching element on one of the other taps the current in the winding short circuit is opposite to the load current. As a result, a time is reached at which the current in the winding short circuit takes the same amount as the Load current and thus over the switching element as good as no electricity flows. Different expressed is the load current at this time completely to the semiconductor switching device commutated.

Dieser Zeitpunkt wird zum Ausschalten der Verbindung durch das Schaltelement verwendet. Da in der Zeit, in der kein oder sehr wenig Strom über das Schaltelement fließt, auch dementsprechend wenig Spannung darüber abfällt, ist das Abschalten ohne Lichtbogen möglich und deshalb besonders schonend für das Schaltelement. Alternativ kann auch das Öffnen des Schaltelements bereits vor dem Nulldurchgang vorgenommen werden, insbesondere zu einem Zeitpunkt, zu dem die Halbleiterschaltvorrichtung sicher bereits leitet. In diesem Fall wird beim öffnen des Schaltelements ein Lichtbogen entstehen, der jedoch im Zuge der Stromkommutierung sehr schnell, typischerweise im Bereich von Mikrosekunden, verlischt, da der Strom über das Schaltelement ja verschwindet. Ist der Lichtbogen einmal erloschen entsteht er beim Ansteigen der Spannung über das Schaltelement nicht mehr neu.This Time is to turn off the connection through the switching element used. Because in the time in which no or very little power over that Switching element flows, Accordingly, little voltage drops over it, the shutdown is without Arc possible and therefore very gentle for the switching element. Alternatively, the opening of the switching element already be made before the zero crossing, in particular to a Time at which the semiconductor switching device certainly already passes. In this case, when opening the switching element on Arcs are generated, but in the course of current commutation very fast, typically in the range of microseconds, goes out as the current over the Switching element yes disappears. Once the arc is extinguished arises he overflows as the voltage rises the switching element is not new.

Vorteilhaft ist es, wenn der Mittel-Niederspannungstrafo Mittel zur Bestimmung eines die Spannung über das Schaltelement und/oder den Strom durch das Schaltelement repräsentierenden Werts umfasst, da dann direkt der Zeitpunkt zum öffnen des Schaltelements bestimmt werden kann. Dieser Zeitpunkt im oben beschriebenen Betriebsverfahren beispielsweise dann gegeben, wenn der Strom gerade Null wird. Eine weitere Möglichkeit ist es, das öffnen des Schaltelements zu bewirken, wenn der Strom oder die Spannung, insbesondere die Maximalbeträge davon innerhalb jeder Periode, eine bestimmte Schwelle unterschreitet, die ein wenig größer als Null ist. Eine weitere Alternativ besteht darin, den Zeitpunkt für das öffnen des Schaltelements anhand einer Zeitsteuerung in Abhängigkeit von der Einschaltzeit der Halbleiterschaltvorrichtung festzulegen, beispielsweise 2 ms nach dem Einschalten der Halbleiterschaltvorrichtung.Advantageous it is when the medium-low voltage transformer means for determining one over the voltage the switching element and / or the current through the switching element representing value includes, since then determines the time to open the switching element directly can be. This point in the operating procedure described above For example, given when the current is just zero. A another possibility is it, that open of the switching element when the current or voltage, especially the maximum amounts of which, within each period, falls below a certain threshold, the a little bigger than Is zero. Another alternative is to set the time for the opening of the Switching element based on a timer in dependence on the switch-on the semiconductor switching device set, for example, 2 ms after switching on the semiconductor switching device.

Nach dem öffnen durch das Schaltelement trägt die Halbleiterschaltvorrichtung den Laststrom und der Windungskurzschluss ist aufgehoben.To open carries through the switching element the semiconductor switching device the load current and the winding short circuit is canceled.

Im Folgenden wird das Schaltelement wieder geschlossen, um eine Verbindung mit einer anderen der weiteren Anzapfungen der Wicklung herzustellen. Auch hierzu ist es vorteilhaft, wenn ein geeigneter Zeitpunkt für das Schließen der Verbindung gewählt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Zeitpunkt gewählt werden, an dem die Spannung über das Schaltelement genau der Spannung über die Halbleiterschaltvorrichtung entspricht. Dabei wird davon ausgegangen, dass durch die Halbleiterschalter bedingt über die Halbleiterschaltvorrichtung immer eine geringe Spannung abfällt. Beim Schließen des Schaltelements ist es vorteilhaft, die Schließzeit, die das Schaltelement zum Herstellen des elektrischen Kontakts benötigt, zu berücksichtigen. Ein Schließen zum besagten Zeitpunkt ermöglicht es, Spannungssprünge zu vermeiden. Eine alternative Methode besteht darin, das Schließen des Schaltelements zu bewirken, wenn die Spannung bedingt durch die Netzfrequenz gerade einen Nulldurchgang zeigt.in the Subsequently, the switching element is closed again to connect to make with another of the other taps of the winding. For this purpose, it is advantageous if a suitable time for closing the Connection selected becomes. For this purpose, for example, a time can be selected where the tension is over the switching element exactly the voltage across the semiconductor switching device equivalent. It is assumed that by the semiconductor switch conditionally over the semiconductor switching device always drops a low voltage. At the Shut down of the switching element, it is advantageous, the closing time, the Switching element for making the electrical contact needed, too consider. A close to said time allows it, voltage leaps to avoid. An alternative method is to close the Switching element to cause when the voltage due to the Mains frequency just shows a zero crossing.

Nachdem das Schaltelement wieder eine elektrische Verbindung hergestellt hat, kann die Halbleiterschaltvorrichtung abgeschaltet werden bzw. je nach verwendetem Halbleiterschalter die Zündung aufgehoben werden.After this the switching element made an electrical connection again has, the semiconductor switching device can be switched off or depending on the semiconductor switch used, the ignition can be canceled.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Halbleiterschalter ein Thyristorkreis vorgesehen. Vorteilhaft ist, dass dieser selbstabschaltend ist und so eine einfache Ansteuerung ermöglicht. Der Thyristorkreis besteht bevorzugt aus zwei antiparallel geschalteten Thyristorelementen, wobei jedes der Thyristorelemente aus einem Thyristor oder einer parallel und/oder Serienschaltung von Thyristoren besteht. Auch andere elektrische Bauelemente können gemeinsam mit den Thyristoren verwendet werden.In one embodiment of the invention is as Semiconductor switch a thyristor circuit provided. It is advantageous that this is selbstabschaltend and thus allows easy control. The thyristor circuit preferably consists of two antiparallel-connected thyristor elements, wherein each of the thyristor elements consists of a thyristor or a parallel and / or series connection of thyristors. Other electrical components can be used together with the thyristors.

Alternativ zu den Thyristoren können als Halbleiterschalter auch abschaltbare Halbleiterschalter verwendet werden, insbesondere Transistoren, GTOs(Gate Turn-off Thyristor) oder IGCTs(Integrated Gate Commutated Transistor). Hierdurch wird eine aktive Abschaltung der Leitung durch den Halbleiterschalter ermöglicht, was wiederum die Zeit des Windungskurzschlusses durch das geschlossene Schaltelement und den leitenden Halbleiterschalter verkürzt.alternative to the thyristors can used as a semiconductor switch and turn-off semiconductor switch especially transistors, GTOs (Gate Turn-off Thyristor) or IGCTs (Integrated Gate Commutated Transistor). This will be a enables active disconnection of the line through the semiconductor switch, which in turn is the time of the short-circuit through the closed switching element and the conductive semiconductor switch shortened.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Bestimmung des Stroms im Bereich des Schaltelements oder Halbleiterschalters vorgesehen.In A preferred embodiment of the invention are means for determining of the current in the region of the switching element or semiconductor switch.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt und sich entsprechende Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen markiert. Die Figuren zeigen dabei im Einzelnenpreferred but by no means restrictive embodiments for the Invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Here are the features schematized and corresponding features are with the same reference marks. The figures show in detail

1 einen ersten Transformator mit durchgehender Sekundär-Wicklung mit Stufenschalter, 1 a first transformer with continuous secondary winding with tap changer,

2 ein Ablaufdiagramm für die Stufenschaltung mit dem ersten Transformator, Die Figuren nehmen Bezug auf Ausführungsbeispiele für Mittel-Niederspannungstransformatoren. Diese werden in einer realen Umsetzung zweckmäßig dreiphasig ausgeführt sein. Für eine bessere Übersichtlichkeit stellen die Figuren aber nur eine einphasige Ausführung dar. Aus dem gleichen Grund weisen die Stufenschalter in den Ausführungsbeispielen lediglich drei Einstellungsmöglichkeiten für das Übersetzungsverhältnis auf, während tatsächlich Stufenschalter oft mehr als drei Übersetzungsverhältnisse einstellen können. Die Erfindung ist ebenso gut mit mehr als drei Übersetzungsverhältnissen anwendbar. Die Spannung auf Seite der Primärwicklungen soll beispielhaft 10 kV betragen, während auf der Seite der Sekundärwicklung eine Spannung 400 V ausgegeben wird. 2 a flow chart for the tap-changer with the first transformer, The figures refer to embodiments for medium-low voltage transformers. These will be carried out expediently in a real implementation three-phase. For a better clarity, the figures but only a single-phase design. For the same reason, the tap changer in the embodiments, only three setting options for the gear ratio, while actually tap changer can often set more than three ratios. The invention is equally applicable with more than three gear ratios. The voltage on the side of the primary windings should be exemplified 10 kV, while on the side of the secondary winding, a voltage 400 V is output.

Die 1 zeigt dabei einen Transformator 1 mit einer Stufenschaltung. Der Transformator 1 weist neben einer in diesem Ausführungsbeispiel nicht weiter beachtlichen Primärwicklung eine durchgehende Sekundärwicklung auf. Die durchgehende Sekundärwicklung besteht aus einem ersten bis vierten Teil 17a...d. Der erste Teil 17a umfasst dabei etwa 70% der Wicklungslänge der Sekundärwicklung, während der zweite, dritte und vierte Teil 17b...d jeweils ca. 10% der Wicklungslänge umfassen. Die Darstellung in 1 ist dabei nicht exakt maßstäblich. Aus den relativen Anteilen an der Sekundärwicklung ergeben sich die einstellbaren Übersetzungsverhältnisse und es ist klar, dass auch ganz andere Aufteilungen der Sekundärwicklung möglich sind. Die Teile 17a...d werden definiert durch eine erste, zweite und dritte Anzapfung 2, 3, 4, wobei die erste Anzapfung 2 bei 70% der Wicklungslänge der Sekun därwicklung liegt, die zweite Anzapfung 3 bei 80% der Wicklungslänge der Sekundärwicklung liegt und die dritte Anzapfung 4 bei 90% der Sekundärwicklung. Mit dem Anfang der Sekundärwicklung ist eine erste Ausgangsleitung 11 des Transformators 1 verbunden. Eine zweite Ausgangsleitung 12 des Transformators 1 ist auf komplexere Weise mit den Anzapfungen 2, 3, 4 verbunden, um die Stufenschaltung zu realisieren.The 1 shows a transformer 1 with a step circuit. The transformer 1 has in addition to a not significant in this embodiment primary winding on a continuous secondary winding. The continuous secondary winding consists of a first to fourth part 17a ... d. The first part 17a covers about 70% of the winding length of the secondary winding, while the second, third and fourth part 17b ... d each comprise about 10% of the winding length. The representation in 1 is not exactly to scale. From the relative proportions of the secondary winding arise the adjustable ratios and it is clear that even very different divisions of the secondary winding are possible. The parts 17a ... d are defined by a first, second and third tap 2 . 3 . 4 , where the first tap 2 at 70% of the winding length of the secondary winding is the second tap 3 is 80% of the winding length of the secondary winding and the third tap 4 at 90% of the secondary winding. With the beginning of the secondary winding is a first output line 11 of the transformer 1 connected. A second output line 12 of the transformer 1 is more complex with the taps 2 . 3 . 4 connected to realize the tap-change.

Für die Stufenschaltung ist ein mechanischer Schalter 20 vorgesehen, dessen Mittelanschluss gemäß 1 mit der zweiten Ausgangsleitung 12 verbunden ist. Der Schalter 20 kann eine Verbindung zwischen seinem Mittelanschluss und einer ersten, zweiten oder dritten Verbindung 13, 14, 15 herstellen. Die erste Verbindung 13 verbindet die Anzapfung 2 und einen der Anschlüsse des mechanischen Schalters 20. Die zweite Verbindung 14 verbindet die zweite Anzapfung 3 mit einem weiteren Anschluss des Schalters und die dritte Verbindung 15 verbindet die dritte Anzapfung 4 mit einem letzten Anschluss des mechanischen Schalters 20. Dabei ist der Schalter 20 zweckmäßig so ausgestaltet, dass das Auftrennen und Herstellen der Verbindung zwischen den Anschlüssen unabhängig voneinander geschehen kann, dass also mehrere mechanische Schaltelemente zusammen den Schalter 20 bilden.For the tap changer is a mechanical switch 20 provided, the center connection according to 1 with the second output line 12 connected is. The desk 20 can connect between its center port and a first, second or third connection 13 . 14 . 15 produce. The first connection 13 connects the tap 2 and one of the connections of the mechanical switch 20 , The second connection 14 connects the second tap 3 with another connection of the switch and the third connection 15 connects the third tap 4 with a last connection of the mechanical switch 20 , Here is the switch 20 suitably designed so that the separation and making the connection between the terminals can be done independently of each other, that is, a plurality of mechanical switching elements together the switch 20 form.

Weiterhin besteht zwischen der Endanzapfung 52 der Sekundärwicklung und der zweiten Ausgangsleitung 12 eine vierte Verbindung 18, die über einen Thyristorkreis 5 führt, der aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren besteht. Der Aufbau aus zwei Thyristoren ist hierbei beispielhaft. Je nach erwarteter Belastung kann hier einer der Thyristoren repräsentierend stehen für jeweils eine Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung aus mehreren tatsächlichen Thyristorelementen. Auch können hier statt der Thyristoren andere Elemente wie IGBTs, GTOs o. ä. verwendet werden. In Serie zum Thyristorkreis 5 ist eine Induktivität 53 vorgesehen, die der Verzögerung des Stromes im Falle eines Windungskurzschlusses dient.Furthermore, there is between the Endanzapfung 52 the secondary winding and the second output line 12 a fourth connection 18 passing over a thyristor circuit 5 leads, which consists of two anti-parallel connected thyristors. The structure of two thyristors is exemplary in this case. Depending on the expected load, one of the thyristors can represent one series connection and / or parallel connection of a plurality of actual thyristor elements. Also, other elements such as IGBTs, GTOs or similar can be used here instead of the thyristors. In series to the thyristor circuit 5 is an inductance 53 provided, which serves to delay the current in the case of a short-circuit.

An jeder der Verbindungen 13, 14, 15, 18 sowie im Bereich des Mittelanschlusses des Schalters 20 ist ein Messpunkt 7...10 vorgesehen. Weiterhin ist eine Steuerung 6 vorhanden. Die Steuerung 6 kann die Spannung an den Messpunkten 7...10 ermitteln und anhand der ermittelten Werte den Thyristorkreis 5 und den Schalter 20 steuern.At each of the connections 13 . 14 . 15 . 18 as well as in the area of the middle connection of the switch 20 is a measuring point 7 ... 10 intended. Furthermore, there is a controller 6 available. The control 6 can the voltage at the measuring points 7 ... 10 determine and on the basis of the determined values the thyristor circle 5 and the switch 20 Taxes.

Der Ablauf einer beispielhaften Lastumschaltung mit dem Aufbau gemäß 1 wird nun anhand von 2 erläutert. Es wird in einem ersten Schritt 21 davon ausgegangen, dass der mechanische Schalter 20 eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsleitung 12 und der ersten Verbindung 13 herstellt. Ein erster Stromweg 26 führt also von der ersten Ausgangsleitung 11 über den ersten Teil 17 der Sekundärwicklung und die erste Verbindung 13 zur zweiten Ausgangsleitung 12. Es werden dabei also ca. 70% der Sekundärwicklung verwendet. Die Thyristoren sind nicht gezündet.The sequence of an exemplary load switching with the structure according to 1 will now be based on 2 explained. It will be in a first step 21 assumed that the mechanical switch 20 an electrical connection between the second output line 12 and the first connection 13 manufactures. A first power path 26 So leads from the first output line 11 about the first part 17 the secondary winding and the first connection 13 to the second output line 12 , This means that approx. 70% of the secondary winding is used. The thyristors are not ignited.

In einem zweiten Schritt 22 wird eine Umschaltung durchgeführt. Dabei schaltet der mechanische Schalter 20 zwischen seinen Anschlüssen so um, dass anstelle der ersten Anzapfung 2 die zweite Anzapfung 3 mit der zweiten Ausgangsleitung 12 verbunden wird. Während der Umschaltung übernimmt der Thyristorkreis 5 den Strom. Dies passiert unterbrechungsfrei, wobei die genaue Schaltung beispielhaft weiter unten dargestellt wird. Der zweite Stromweg 27 führt also während der Umschaltung von der ersten Ausgangsleitung 11 über alle Teile 17a...d der Sekundärwicklung. Weiter führt er über die vierte Verbindung 18 und damit den Thyristorkreis 5 zur zweiten Ausgangsleitung 12. Es wird dabei also die gesamte Sekundärwicklung verwendet. Sobald der mechanische Schalter 20 umgeschaltet hat, wird die Zündung des Thyristorkreises 5 beendet.In a second step 22 a changeover is performed. The mechanical switch switches 20 between its connections so that, instead of the first tap 2 the second tap 3 with the second output line 12 is connected. During the switching takes over the thyristor circuit 5 the stream. This happens without interruption, the exact circuit is shown below, for example. The second power path 27 So leads during the switching of the first output line 11 over all parts 17a ... d the secondary winding. He continues on the fourth connection 18 and thus the thyristor circle 5 to the second output line 12 , It is thus used the entire secondary winding. As soon as the mechanical switch 20 has switched, the ignition of the thyristor circuit 5 completed.

Nach dem Umschalten ergibt sich der Zustand, der im dritten Schritt 23 verwendet wird. Hierbei werden ca. 80% der Sekundärwicklung verwendet und der dritte Stromweg 28 führt von der ersten Ausgangsleitung 11 über den ersten und zweiten Teil 17a, b der Sekundärwicklung und die zweite Verbindung 14 zur zweiten Ausgangsleitung 12.After switching, the state is obtained, in the third step 23 is used. About 80% of the secondary winding and the third current path are used here 28 leads from the first output line 11 over the first and second part 17a , b of the secondary winding and the second connection 14 to the second output line 12 ,

In einem vierten Schritt 24 wird wieder eine Umschaltung durchgeführt. Dabei schaltet der mechanische Schalter 20 zwischen seinen Anschlüssen so um, dass anstelle der zweiten Anzapfung 3 die dritte Anzapfung 4 mit der zweiten Ausgangsleitung 12 verbunden wird. Während der Umschaltung übernimmt wiederum der Thyristorkreis 5 den Strom. Der vierte Stromweg 29 führt also während der Umschaltung von der ersten Ausgangsleitung 11 über die gesamte Sekundärwicklung. Weiter führt er über die vierte Verbindung 16 und damit den Thyristorkreis 5 zur zweiten Ausgangsleitung 12. Sobald der mechanische Schalter 20 umgeschaltet hat, wird die Zündung des Thyristorkreises 5 beendet.In a fourth step 24 a changeover is performed again. The mechanical switch switches 20 between its connections so that, instead of the second tap 3 the third tap 4 with the second output line 12 is connected. During switching, the thyristor circuit takes over again 5 the stream. The fourth power path 29 So leads during the switching of the first output line 11 over the entire secondary winding. He continues on the fourth connection 16 and thus the thyristor circle 5 to the second output line 12 , As soon as the mechanical switch 20 has switched, the ignition of the thyristor circuit 5 completed.

Nach dem Umschalten ergibt sich der Zustand, der im fünften Schritt 25 verwendet wird. Hierbei werden 90% der Sekundärwicklung verwendet und der Stromweg führt von der ersten Ausgangsleitung 11 über den ersten, zweiten und dritten Teil 17a...c der Sekundärwicklung und die dritte Verbindung 15 zur zweiten Ausgangsleitung 12.After switching, the state is obtained in the fifth step 25 is used. Here, 90% of the secondary winding is used and the current path leads from the first output line 11 over the first, second and third part 17a ... c the secondary winding and the third connection 15 to the second output line 12 ,

Weitere Umschaltungen werden analog ausgeführt. Dabei muss der mechanische Schalter 20 nicht zwischen benachbart liegenden Abgriffen 2, 3, 4 umschalten, sondern die Umschaltung kann zwischen beliebigen der Anzapfungen erfolgen, also beispielsweise direkt von der ersten Anzapfung 2 zur dritten Anzapfung 4 oder umgekehrt.Further switches are carried out analogously. In doing so, the mechanical switch must 20 not between adjacent taps 2 . 3 . 4 switch, but the switching can be done between any of the taps, so for example, directly from the first tap 2 to the third tap 4 or the other way around.

Das Verfahren, mit dem eine Umschaltung vorgenommen wird, soll nun anhand eines Beispiels genauer erläutert werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Steuerung 6 feststellt, dass eine Umschaltung zwischen zwei der Anzapfungen nötig erscheint. Daraufhin sorgt die Steuerung für eine Zündung der Thyristoren im Thyristorkreis 5. Der Zeitpunkt der Zündung wird dabei so gewählt, dass kein Spannungssprung auftritt. Idealerweise wird dazu ein Zeitpunkt verwendet, der um eine Zeitspanne vor einem Nulldurchgang der Netzspannung liegt, wobei die Zeitspanne der Zündverzögerung der Thyristoren entspricht. Dadurch wird erreicht, dass die Thyristoren im Nulldurchgang der Spannung den Laststrom prinzipiell übernehmen können.The method with which a switchover is made will now be explained in more detail by way of example. It is assumed that the controller 6 determines that a switch between two of the taps appears necessary. Then the control ensures ignition of the thyristors in the thyristor circuit 5 , The time of ignition is chosen so that no voltage jump occurs. Ideally, a point in time is used which lies before a zero crossing of the mains voltage for a period of time, the time span corresponding to the ignition delay of the thyristors. This ensures that the thyristors can take over the load current in principle at the zero crossing of the voltage.

Wenn die Thyristoren leitend sind, entsteht durch die Verbindung über den Schalter 20 und die Thyristoren ein Windungskurzschluss, in dem ein Teil der Sekundärwicklung enthalten ist. In diesem Kurzschlusskreis kann ein sehr hoher Strom fließen. Die Einsatzgeschwindigkeit wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die Induktivität 53 begrenzt.When the thyristors are conductive, the connection is established through the switch 20 and the thyristors are a short-circuited winding in which part of the secondary winding is contained. A very high current can flow in this short circuit. The speed of use is in this embodiment by the inductance 53 limited.

Durch die relative Anordnung von des Thyristoren an der Endanzapfung 52 und des Schalters 20 an einer der anderen Anzapfungen 2, 3, 4 ist der Strom im Windungskurzschlusskreis dem Laststrom entgegengesetzt. In der Folge wird deshalb ein Zeitpunkt erreicht, an dem der Strom im Windungskurzschlusskreis den gleichen Betrag annimmt wie der Laststrom und somit über den Schalter 20 kein Strom mehr fließt.Due to the relative arrangement of the thyristors at the end tap 52 and the switch 20 at one of the other taps 2 . 3 . 4 the current in the winding short circuit is opposite to the load current. As a result, therefore, a time is reached at which the current in the winding short-circuit assumes the same amount as the load current and thus via the switch 20 no electricity flows anymore.

Dieser Zeitpunkt wird zum Ausschalten der Verbindung durch den Schalter verwendet. Das Öffnen des Schalters wird dabei bevorzugt bereits kurz vor dem erwarteten Nulldurchgang vorgenommen, insbesondere zu einem Zeitpunkt, zu dem die Thyristoren bereits sicher leiten. In diesem Fall wird beim Öffnen des Schaltelements ein Lichtbogen entstehen, der jedoch im Zuge der Stromkommutierung sehr schnell, typischerweise im Bereich von Mikrosekunden, verlischt, da der Strom über das Schaltelement ja verschwindet. Ist der Lichtbogen einmal erloschen, entsteht er beim Ansteigen der Spannung über das Schaltelement nicht mehr neu. Für eine sanfte Umschaltung ist es zweckmäßig, wenn der Schalter 20 für das Öffnen der Verbindung so angesteuert wird, dass er erst öffnet, wenn die Thyristoren bereits leitend sind.This time is used to turn off the connection through the switch. The opening of the switch is preferably already made shortly before the expected zero crossing, in particular at a time at which the thyristors already conduct safely. In this case, when opening the switching element, an arc will occur, but in the course of Stromkommutierung very quickly, typically in the range of microseconds, extinguished because the current through the Schaltele ment yes disappears. Once the arc extinguished, it no longer arises when the voltage across the switching element increases. For a smooth switch, it is useful if the switch 20 for opening the connection is controlled so that it opens only when the thyristors are already conductive.

In der Folge transportieren die Thyristoren den Laststrom und durch das Öffnen des Schalters 20 ist der Windungskurzschluss aufgehoben. Ein Schließen der neuen Verbindung des Schalters 20 findet bevorzugt in einem natürlichen Nulldurchgang der Netzspannung statt, um wiederum einen sanften Übergang der Leitung zu erreichen. Da nach dem Schließen des Schalters 20 wieder ein Eindungskurzschluss existiert, ist es zweckmäßig, die Zündung der Thyristoren rechtzeitig vor dem Nulldurchgang zu beenden, um ein gleichzeitiges Leiten der Thyristoren mit dem Schalter 20 zu verhindern.As a result, the thyristors carry the load current and by opening the switch 20 the winding short circuit is canceled. A closing of the new connection of the switch 20 Preferably takes place in a natural zero crossing of the mains voltage, in turn, to achieve a smooth transition of the line. Because after closing the switch 20 again, a short-circuit exists, it is appropriate to end the ignition of the thyristors in time before the zero crossing, to simultaneously conduct the thyristors with the switch 20 to prevent.

Claims (13)

Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) mit einer Stufenschaltung, wobei: – eine der Wicklungen des Trafos zwei Endanzapfungen und wenigstens eine weitere Anzapfung aufweist, – wenigstens eine Schalteinrichtung (20, 35, 36) zur schaltbaren elektrischen Verbindung von einer der Anzapfungen mit einer Ausgangsleitung des Trafos vorgesehen ist und – wenigstens eine Halbleiterschaltvorrichtung (5, 37) vorgesehen ist, die elektrisch mit der Ausgangsleitung und mit einer der Anzapfungen verbunden ist.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) with a step circuit, wherein: - one of the windings of the transformer has two end taps and at least one further tap, - at least one switching device ( 20 . 35 . 36 ) is provided for switchable electrical connection of one of the taps with an output line of the transformer and - at least one semiconductor switching device ( 5 . 37 ) is provided, which is electrically connected to the output line and with one of the taps. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß Anspruch 1, bei dem die Halbleiterschaltvorrichtung (5, 37) mit dem Endabgriff verbunden ist.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to claim 1, wherein the semiconductor switching device ( 5 . 37 ) is connected to the end tap. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens zwei Mittelabgriffe vorgesehen sind und das Schaltelement (20, 35, 36) die elektrische Verbindung zwischen den Mittelabgriffen und der Ausgangsleitung herstellt.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to claim 1 or 2, wherein at least two center taps are provided and the switching element ( 20 . 35 . 36 ) establishes the electrical connection between the center taps and the output line. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Mittel zur Bestimmung eines die Spannung über das Schaltelement und/oder den Strom durch das Schaltelement repräsentierenden Werts vorgesehen sind.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, in which means are provided for determining a value representing the voltage across the switching element and / or the current through the switching element. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Mittel zur Bestimmung eines die Spannung über die Halbleiterschaltvorrichtung repräsentierenden Werts vorgesehen sind.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, in which means are provided for determining a value representing the voltage across the semiconductor switching device. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schalteinrichtung (20, 35, 36) mechanische Schalter (20, 35, 36) aufweist.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, in which the switching device ( 20 . 35 . 36 ) mechanical switches ( 20 . 35 . 36 ) having. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschaltvorrichtung (5, 37) zwei antiparallel geschaltete Halbleiterschaltelemente, insbesondere zwei Thyristoren, umfasst.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, in which the semiconductor switching device ( 5 . 37 ) comprises two anti-parallel connected semiconductor switching elements, in particular two thyristors. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung (5, 37) abschaltbare Halbleiterschaltelemente aufweist, insbesondere Transistoren, GTOs oder IGCTs.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor switching device ( 5 . 37 ) has turn-off semiconductor switching elements, in particular transistors, GTOs or IGCTs. Mittel-Niederspannungstrafo (1, 50) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in Serie zur Halbleiterschaltvorrichtung (5, 37) eine Induktivität oder ein Widerstand vorgesehen ist.Medium-Low Voltage Transformer ( 1 . 50 ) according to one of the preceding claims, in which in series with the semiconductor switching device ( 5 . 37 ) an inductance or a resistor is provided. Verfahren zum Betrieb eines Mittel-Niederspannungstrafos (1, 50) mit Stufenschaltung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, der eine Halbleiterschaltvorrichtung zur vorübergehenden Aufnahme des Stroms beim Schaltvorgang einer Schalteinrichtung aufweist, wobei bei einem Schaltvorgang der Schalteinrichtung ein erster Zeitpunkt bestimmt wird, an dem der Stromfluss durch die Schalteinrichtung gerade Null wird, und zu diesem Zeitpunkt die Schalteinrichtung geöffnet wird.Method for operating a medium-low voltage transformer ( 1 . 50 ) with tap changer according to one of the preceding claims, comprising a semiconductor switching device for temporarily receiving the current in the switching operation of a switching device, wherein in a switching operation of the switching device, a first time is determined at which the current flow through the switching device is just zero, and at this time the switching device is opened. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die Halbleiterschaltvorrichtung kurz vor einem Nulldurchgang eingeschaltet wird.Method according to claim 10, wherein the semiconductor switching device just before a zero crossing is turned on. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei nach dem Öffnen der Schalteinrichtung ein zweiter Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Spannung zwischen dem Zielabgriff der Schalteinrichtung und der Ausgangsleitung des Trafos der Spannung über die Halbleiterschaltvorrichtung entspricht, und zu diesem zweiten Zeitpunkt die Schalteinrichtung geschlossen wird.Method according to claim 10 or 11, wherein after opening the switching device is determined a second time, to the the voltage between the target tap of the switching device and the Output line of the transformer of the voltage across the semiconductor switching device corresponds, and at this second time, the switching device is closed. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem eine Schließdauer des Schaltelements bei der Bestimmung des zweiten Zeitpunkts berücksichtigt wird.Method according to claim 12, in which a closing time of the switching element in the determination of the second time taken into account becomes.
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