DE102010019948A1

DE102010019948A1 - Laststufenschalter

Info

Publication number: DE102010019948A1
Application number: DE102010019948A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
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: 2010-05-08
Filing date: 2010-05-08
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-09
Also published as: CN103026433A; BR112012027887A8; HK1178674A1; WO2011141081A2; BR112012027887B1; EP2569781B1; JP5823502B2; DE102010019948B4; US20130057248A1; CA2798959A1; EP2569781A2; JP2013530520A; WO2011141081A3; BR112012027887A2; UA109130C2; US9373442B2; KR101802262B1; CN103026433B; RU2012152955A; KR20130063505A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter für Stufentransformatoren, der für jede der beiden zu schaltenden Wicklungsanzapfungen jeweils einen Haupt- und einen Hilfsstromzweig aufweist. Das Schalten in jedem Haupt- als auch Hilfsstromzweig erfolgt durch eine Vakuumschaltröhre. Erfindungsgemäß ist in jedem der Hauptstromzweige und in jedem der Hilfsstromzweige zwischen der jeweiligen Wicklungsanzapfung, mit der sie elektrisch verbunden sind, und der jeweiligen Vakuumschaltröhre in diesem Zweig ein weiterer mechanischer Kontakt vorgesehen. Die Schaltung dieser mechanischen Kontakte erfolgt derart, dass jeweils die Vakuumschaltröhren im Haupt- und Hilfsstromzweig der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung galvanisch von dieser trennbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Aus der DE 2021575 A ist ein Laststufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige, die jeweils mit einer Wicklungsanzapfung in Verbindung stehen, 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 die 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 Wicklungsanzapfungen n und n + 1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt.
Nach dem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltende 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 damit beendet.
Bei verschiedenen Anwendungsfällen solcher bekannter Laststufenschalter 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 Stoßspannungsfestigkeit des Laststufenschalters kann es zu kurzzeitigem Stufenkurzschluss bzw. unerwünschtem Durchschlag an der Keramik bzw. dem Dampfschirm von Vakuumschaltröhren im nicht den Laststrom führenden Lastzweig kommen, was nicht nur deren Langzeitschädigung verursachen kann, sondern generell unerwünscht ist.
Aus der DE 2357209 A und der DE 2604344 ist es bereits bekannt, zur Bekämpfung zu hoher Stoßspannungsbeanspruchungen zwischen den Lastzweigen Schutzfunkenstrecken oder spannungsabhängige Widerstände oder 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 Laststufenschalter der eingangs genannten Art mit hoher Stoßspannungsfestigkeit und zugleich hoher Schaltleistung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, durch zusätzliche mechanische Schaltelemente, die jeweils zwischen den Vakuumschaltröhren und der jeweiligen Wicklungsanzapfung, mit der sie elektrisch in Verbindung stehen, angeordnet sind, eine galvanische Trennung, d. h. Potentialtrennung, der Vakuumschaltröhren in jeweils nicht den Laststrom führenden Zweig von der jeweiligen Wicklungsanzapfung zu erreichen.
Dadurch werden eventuelle auftretende Stoßspannungen unschädlich für Vakuumschaltröhren im jeweils nicht den Laststrom führenden Lastzweig. Dies gilt gleichermaßen für die Vakuumschaltröhren, die als Hauptkontakt arbeiten, als auch diejenigen, die als Widerstandskontakt arbeiten.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in schematischer Darstellung. Gezeigt ist hier die Grundstellung, in der die Wicklungsanzapfung n beschaltet ist.
2 bis 13 zeigen die einzelnen Schritte der Umschaltsequenz bei einer Lastumschaltung auf die Wicklungsanzapfung n + 1. 13 zeigt dabei den stationären Zustand nach vollzogener Lastumschaltung.
In 1 ist der Lastumschalter eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters im Detail dargestellt. Der Wähler des Laststufenschalters, der vor der eigentlichen Lastumschaltung die leistungslose Anwahl der neuen Wicklungsanzapfung, hier n + 1, auf die umgeschaltet werden soll, vornimmt, ist nicht dargestellt.
Der Lastumschalter hat, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt, zwei Lastzweige A und B, die jeweils mit einer Wicklungsanzapfung n bzw. n + 1 elektrisch in Verbindung stehen.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter besitzt in jedem Lastzweig einen Hauptstromzweig und einen Widerstandsstromzweig.
Der erste Hauptstromzweig stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n über eine Vakuumschaltröhre MSVa zur Lastableitung LA her.
Der zweite Hauptstromzweig stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n + 1 über eine Vakuumschaltröhre MSVb zur Lastableitung LA her.
Der erste Hilfsstromzweig, der parallel zum ersten Hauptstromzweig vorgesehen ist, stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n über eine weitere Vakuumschaltröhre TTVa und einen in Reihe dazu angeordneten mindestens einen ersten Überschaltwiderstand Ra zur Lastableitung her.
Der zweite Hilfsstromzweig, der parallel zum zweiten Hauptstromzweig vorgesehen ist, stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n + 1 über eine weitere Vakuumschaltröhre TTVb und einen in Reihe dazu angeordneten mindestens einen zweiten Überschaltwiderstand Rb zur Lastableitung her.
Erfindungsgemäß ist in jedem der Hauptstromzweige und in jedem der Hilfsstromzweige zwischen der jeweiligen Wicklungsanzapfung n bzw. n + 1 und der damit elektrisch in Verbindung stehenden jeweiligen Vakuumschaltröhre MSVa, TTVa, bzw. auf der anderen Seite MSVb, TTVb ein weiterer, separat betätigbarer mechanischer Kontakt vorgesehen. Insgesamt sind also vier solcher mechanischer Kontakte vorhanden:

– Ein mechanischer Kontakt MDCa zum Schutz der Vakuumschaltröhre MSVa,
– ein weiterer mechanischer Kontakt TDCa zum Schutz der Vakuumschaltröhre TTVa
– ein weiterer mechanischer Kontakt MDCb zum Schutz der Vakuumschaltröhre MSVb
– schließlich ein weiterer mechanischer Kontakt TDCb zum Schutz der Vakuumschaltröhre TTVb.

In der 1 sind die jeweiligen mechanischen Kontakte MDCa, TDCa, MDCb und TDCb als doppelpolige Umschaltkontakte (Wenderkontakte) ausgeführt. Sie sind jedoch ebenso als separate, einfach unterbrechende Kontakte realisierbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind, wie in 1 ebenfalls dargestellt, in jedem Lastzweig noch mechanische Dauerhauptkontakte MCa und MCb vorgesehen, von denen einer jeweils im stationären Betrieb die Dauerstromführung übernimmt und die Vakuumschaltröhre im Hauptstromzweig dieses Lastzweiges entlastet.
In der 1 ist die Wicklungsanzapfung n beschaltet; der Laststrom wird von dieser Wicklungsanzapfung zur Lastableitung LA geführt. Es ist zu sehen, dass durch den erfindungsgemäß angeordneten mechanischen Kontakt MDCb in dessen Stellung die Vakuumschaltröhre MSVb vollständig von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung n + 1 getrennt ist. Ebenso ist durch die Stellung des erfindungsgemäßen mechanischen Kontaktes TDCb die Vakuumschaltröhre TTVb vollständig von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung n + 1 getrennt.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter ermöglicht es also, die Vakuumschaltröhren in jeweils nicht den Laststrom führenden Zweig vollständig von der jeweiligen Wicklungsanzapfung galvanisch zu trennen und damit vor Stoßspannungsbeanspruchungen zu schützen.
Nachfolgend soll an Hand der weiteren Figuren eine vollständige Schaltsequenz des erfindungsgemäßen Laststufenschalters bei der Umschaltung der in 1 gezeigten Grundstellung auf die neue Wicklungsanzapfung n + 1 in allen Einzelschritten dargestellt werden.
2: Der Dauerhauptkontakt MCA ist geöffnet; der Laststrom wird von der Vakuumschaltröhre MSVa übernommen. Gleichzeitig öffnet die Vakuumschaltröhre TTVb.
3: Die Vakuumschaltröhre MSVa öffnet; die Vakuumschaltröhre MSVb öffnet ebenfalls.
4: Der Laststrom wird jetzt von der Vakuumschaltröhre TTVa und dem in Reihe geschalteten Überschaltwiderstand RA geführt. Gleichzeitig schließt der bisher geöffnete mechanische Kontakt TDCb.
5: Die Vakuumschaltröhre TTVb schließt.
6: Es fließt jetzt ein Kreisstrom über die beiden Vakuumschaltröhren TTVa und TTVb und Überschaltwiderstände RA und RB in jedem der beiden Zweige. Gleichzeitig beginnt der mechanische Kontakt MDCa zu öffnen. Der mechanische Kontakt MDCb auf der anderen Seite beginnt zu schließen.
7: Jetzt öffnet die Vakuumschaltröhre TTVa.
8: Der Laststrom ist jetzt vollständig auf den anderen Zweig kommutiert und wird ausschließlich über die Reihenschaltung von TTVb und RB geführt.
9: Der mechanische Kontakt MDCa ist vollständig geöffnet. Der mechanische Kontakt MDCb ist vollständig geschlossen. Gleichzeitig schließen die Vakuumschaltröhren MSVa und MSVb.
10: Der Laststrom wird jetzt von der Vakuumschaltröhre MSVb geführt. Gleichzeitig öffnet der mechanische Kontakt TDCa.
11: Die Vakuumschaltröhre TTVa schließt.
12: Durch die geöffneten mechanischen Kontakte MDCa und TDCa sind jetzt die Vakuumschaltröhren auf der nicht den Laststrom führenden Seite MSVa bzw. TTVa vollständig galvanisch vom Potential der ehemals beschalteten Wicklungsanzapfung n getrennt.
13: Schließlich übernimmt der Dauerhauptkontakt der neu beschalteten Seite MCB den Laststrom; die Lastumschaltung auf die neue Wicklungsanzapfung n + 1 ist abgeschlossen.
Es ist zu sehen, dass bei der erläuterten Schaltsequenz sichergestellt ist, dass jeweils die Vakuumschaltröhren der nicht den Laststrom führenden Seite durch die entsprechenden mechanischen Kontakte von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung vollständig galvanisch getrennt sind – die Aufgabe der Erfindung ist gelöst.
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 A [0002]
DE 2357209 A [0008]
DE 2604344 [0008]

Claims

Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (n, n + 1) eines Stufentransformators, umfassend einen Wähler zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung (n, n + 1), auf die umgeschaltet werden soll, und einen Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen (n) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (n + 1), wobei der Lastumschalter zwei Hauptstromzweige und zwei Hilfsstromzweige besitzt, wobei der erste Hauptstromzweig die erste Wicklungsanzapfung (n) über eine Vakuumschaltröhre (MSVa) mit einer Lastableitung (LA) elektrisch verbindet, wobei der zweite Hauptstromzweig die zweite Wicklungsanzapfung (n + 1) über eine weitere Vakuumschaltröhre (MSVb) mit der Lastableitung (LA) elektrisch verbindet, wobei der erste Hilfsstromzweig die erste Wicklungsanzapfung (n) über eine Reihenschaltung aus einer weiteren Vakuumschaltröhre (TTVa) und mindestens einem Überschaltwiderstand (Ra) mit der Lastableitung (LA) verbindet und wobei der zweite Hilfsstromzweig die zweite Wicklungsanzapfung (n + 1) über eine Reihenschaltung aus einer weiteren Vakuumschaltröhre (TTVb) und mindestens einem weiteren Überschaltwiderstand (Rb) mit der Lastableitung (LA) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Hauptstromzweige und in jedem der beiden Hilfsstromzweige zwischen der jeweiligen Wicklungsanzapfung (n, n + 1) und der jeweiligen Vakuumschaltröhre (MSVa, MSVb, TTVa, TTVb) in diesem Zweig ein weiterer, separat betätigbarer mechanischer Kontakt (MDCa, MDCb, TTCa, TTCb) vorgesehen ist, derart, dass die Vakuumschaltröhren (MSVa oder MSVb) im Hauptstromzweig und im Hilfsstromzweig (TTVa oder TTVb) der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung (n oder n + 1) galvanisch von dieser trennbar sind.
Laststufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem der beiden Hauptstromzweige ein Dauerhauptkontakt (MCa, MCb) zur Führung des Dauerstromes im stationären Betrieb vorgesehen ist.
Laststufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen mechanischen Kontakte (MDCa, MDCb, TTCa, TTCb) als doppelpolige Umschaltkontakte ausgebildet sind.
Laststufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen mechanischen Kontakte (MDCa, TDCa bzw. MDCb, TDCb) jeder Seite jeweils baulich vereinigt sind.