DE102009048813A1

DE102009048813A1 - Stufenschalter

Info

Publication number: DE102009048813A1
Application number: DE102009048813A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Dohnal; Christian Hammer; Axel Dr. Krämer
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-04-14
Also published as: EP2486577B1; DE202009018524U1; EP2486577A1; WO2011042070A1; CN102473541A; CN102473541B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter, der zwei Lastzweige aufweist, die jeweils Vakuumschaltröhren besitzen. Erfindungsgemäß ist zwischen den Lastzweigen und der gemeinsamen Lastableitung jeweils ein zusätzliches mechanisches Schaltelement vorgesehen, das entweder zwei separate Trenner besitzt oder als brückender Umschalter ausgebildet sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Aus der DE 20 21 575 ist ein Stufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige sind jeweils eine Vakuumschaltröhre als Hauptkontakt und jeweils eine weitere Vakuumschaltröhre, in Reihenschaltung mit einem Überschaltwiderstand, als Widerstandskontakt vorgesehen.
Bei einer unterbrechungslosen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung n auf eine neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n + 1 wird zunächst der Hauptkontakt der abschaltenden Seite geöffnet, darauf schließt der Widerstandskontakt der übernehmenden Seite, so dass zwischen den beiden Stufen n und n + 1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt. Nachdem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltenden Seite geöffnet hat, schließt dann der Hauptkontakt der übernehmenden Seite, so dass der gesamte Laststrom von der neuen Wicklungsanzapfung n + 1 zur Lastableitung führt; die Umschaltung ist beendet.
Die bei diesem bekannten Stufenschalter und zahlreichen ähnlichen bekannten Ausführungsformen verwendeten Vakuumschaltröhren statt herkömmlicher mechanischer Kontakte zur Lastumschaltung besitzen eine Reihe von Vorteilen: Da die Kontakte selbst in Vakuum gekapselt sind, lassen sich hohe Schaltleistungen realisieren. Die gekapselten, hermetisch abgeschlossenen Kontakte können außerdem nicht zur Verrußung und Verschmutzung des sie umgebenden Isolieröles im Stufenschalter durch Kontaktabbrand oder Lichtbögen führen. Weiterhin sind Vakuumschaltröhren inzwischen als sehr kompakte Bauteile verfügbar; sie erfordern einen geringen Platzbedarf und auch nur relativ geringe Betätigungskräfte.
Bei verschiedenen Anwendungsfällen solcher bekannter Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren zur Regelung von Leistungstransformatoren ist jedoch eine hohe Stoßspannungsfestigkeit, bis zu 100 kV und deutlich darüber hinaus, erforderlich.
Solche unerwünschten Stoßspannungen, deren Höhe wesentlich durch den Aufbau des Stufentransformators und der Wicklungsteile zwischen den einzelnen Anzapfstufen bedingt ist, sind zum einen Blitzstoßspannungen, die sich durch das Einschlagen von Blitzen im Netz ergeben. Zum anderen können auch Schaltstoßspannungen auftreten, die durch nicht vorhersehbare Schaltstöße im zu regelnden Netz verursacht sind.
Bei nicht ausreichender Stollspannungsfestigkeit des Stufenschalters kann es zu kurzzeitigem Stufenkurzschluss bzw. unerwünschtem Durchschlag an der Keramik bzw. dem Dampfschirm betroffener Vakuumschaltröhren im nicht den Laststrom führenden Lastzweig kommen, was nicht nur deren Langzeitschädigung verursachen kann, sondern generell unerwünscht ist.
Aus der DE 23 57 209 A und der DE 26 04 344 A ist es bereits bekannt, zur Bekämpfung zu hoher Stoßspannungsbeanspruchungen zwischen den Lastzweigen Schutzfunkenstrecken oder auch spannungsabhängige Widerstände oder auch beides vorzusehen; diese Mittel sind jedoch in verschiedenen Fällen unzureichend und können schädliche Stoßspannungsbeanspruchungen in ihrer Wirkung nicht oder nicht vollständig ausschließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art mit hoher Stoßspannungsfestigkeit, auch als a0-Festigkeit bezeichnet, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen eines der nebengeordneten Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen für beide Ausführungsformen gleichermaßen vorteilhafte Weiterbildungen.
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, durch zusätzliche mechanische Schaltelemente in jedem Lastzweig eine galvanische Trennung des jeweils nicht den Laststrom führenden Lastzweiges mit der Lastumschaltung zu erreichen.
Dadurch werden eventuell auftretende Stoßspannungen unschädlich für die Vakuumschaltröhren im jeweils nicht den Laststrom führenden Lastzweig – dies gilt gleichermaßen für die als Hauptkontakt als auch für die als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre dieses Zweiges.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters
2 die Schaltsequenz eines solchen Stufenschalters von einer Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n unterbrechungslos auf die Wicklungsanzapfung n + 1
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters
4 wiederum die Schaltsequenz dieses Stufenschalters
5 eine abgewandelte Schaltung der zweiten Ausführungsform.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters gezeigt. Er weist einen ersten Lastzweig auf, in dem sich eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV_a sowie parallel dazu ein Überschaltwiderstand R_a sowie eine als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTV_a befinden. Der zweite Lastzweig besitzt ganz analog eine Vakuumschaltröhre MSV_b sowie parallel dazu einen weiteren Überschaltwiderstand R_b und eine Vakuumschaltröhre TTV_b. Bis hierhin entspricht die Schaltung dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren MSV_a und TTV_a und der Lastableitung LA ein erster mechanischer Schalter MDC_a vorgesehen. Ganz analog ist zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren TTV_b und MSV_b des anderen Lastzweiges und der Lastableitung ein weiteres mechanisches Schaltelement MDC_b vorgesehen.
Beide mechanischen Schaltelemente MDC_a, MDC_b sind als Trennschalter ausgebildet; sie dienen nicht der Kommutierung, sondern zur Freischaltung, d. h. der galvanischen Trennung des nicht den Laststrom führenden Lastzweiges.
2 zeigt die Schaltsequenz eines solchen Stufenschalters bei der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n + 1. Die Ausgangslage, bei der die Anzapfung n beschaltet ist, entspricht der in 1 dargestellten Stellung der einzelnen Schaltelemente. Die Umschaltung erfolgt in folgenden Schritten:

– MDC_b schließt
– MSV_a öffnet
– TTV_b schließt
– TTV_a öffnet
– MSV_b schließt
– MDC_a öffnet; die Umschaltung ist abgeschlossen.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters, bei der zwischen der elektrischen Verbindung der Vakuumschaltröhren MSV_a, TTV_a, des ersten Lastzweiges sowie MSV_b und TTV_b des zweiten Lästzweiges ein brückender Umschaltkontakt MTF vorgesehen ist, dessen Wurzelkontakt zur Lastableitung LA führt. Bei dieser Ausführungsform ist der mechanische Kontakt MTF derart ausgeführt, dass er je nach Schaltstellung jeden der beiden Lastzweige oder auch – in brückender Position – beide Lastzweige mit der Lastableitung LA verbinden kann. Er dient also hier zur Kommutierung.
4 zeigt wiederum die Schaltsequenz bei dieser Ausführungsform, wobei die in 3 gezeigte Position der einzelnen Schaltelemente wiederum dem stationären Zustand auf Position n entspricht. Nacheinander laufen bei einer Umschaltung auf eine Position n + 1 folgende Schaltschritte ab:

– MTF gerät in brückende Position und verbindet beide Lastzweige
– MSV_a öffnet
– TTV_b schließt
– TTV_a öffnet
– MSV_b schließt
– MTF verlässt die brückende Position und verbindet ausschließlich den anderen Lastzweig b mit der Lastableitung LA; die Lastumschaltung ist abgeschlossen.

5 zeigt eine abgewandelte Schaltung der in den 3 und 4 erläuterten zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind in beiden Lastzweigen zusätzliche Dauerhauptkontakte MC_a bzw. MC_b vorgesehen, die auf an sich bekannte Weise im stationären Betrieb die Dauerstromführung übernehmen und die jeweilige als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV_a bzw. MSV_b entlasten. Eine solche zusätzliche Anordnung von Dauerhauptkontakten ist im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch bei der in den 1 und 2 erläuterten ersten Ausführungsform der Erfindung möglich.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung natürlich auch möglich, die bekannten Funkenstrecken oder auch spannungsabhängigen Widerstände zwischen den Lastzweigen zusätzlich vorzusehen.
Beide Ausführungsformen der Erfindung beruhen auf der gleichen erfinderischen Idee und lösen gleichermaßen die Aufgabe der Erfindung: Sie verhindern schädliche Auswirkungen von hohen Stoßspannungen auf den Stufenschalter im Allgemeinen und die betroffen Vakuumschaltröhren im Besonderen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2021575 [0002]
DE 2357209 A [0008]
DE 2604344 A [0008]

Claims

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, wobei jeder Lastzweig eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre und parallel dazu eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und einer weiteren Vakuumschaltröhre aufweist und wobei beide Lastzweige mit einer gemeinsamen Lastableitung verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren (MSV_a, TTV_a) des ersten Lastzweiges und der Lastableitung (LA) ein erstes mechanisches Schaltelement (MDC_a) vorgesehen ist, dass zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren (MSV_b, TTF_b) des zweiten Lastzweiges und der Lastableitung (LA) ein weiteres mechanisches Schaltelement (MDC_b) vorgesehen ist und dass beide mechanischen Schaltelemente (MDC_a, MDC_b) als Trennschalter ausgebildet sind.
Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, wobei jeder Lastzweig eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre und parallel dazu eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und einer weiteren Vakuumschaltröhre aufweist und wobei beide Lastzweige mit einer gemeinsamen Lastableitung verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren (MSV_a, TTV_a) des ersten Lastzweiges sowie der (MSV_b, TTV_b) des zweiten Lastzweiges ein brückender Umschaltkontakt (MTF) vorgesehen ist, dessen Wurzelkontakt zur Lastableitung (LA) führt.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem Lastzweig zusätzliche Dauerhauptkontakte (MC_a, MC_b) vorgesehen sind, die im stationären Betrieb die Dauerstromführung übernehmen und direkt mit Lastableitung (LA) in Verbindung stehen.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reihenschaltungen in beiden Lastzweigen aus Überschaltwiderstand (R_a, R_b) und Vakuumschaltröhre (TTV_a, TTV_b) mindestens ein spannungsabhängiger Widerstand und/oder mindestens eine Funkenstrecke vorgesehen ist bzw. sind.