DE102010050882A1

DE102010050882A1 - Stufenschalter

Info

Publication number: DE102010050882A1
Application number: DE102010050882A
Authority: DE
Inventors: Christian Hammer; Silke Wrede
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: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-10
Also published as: EP2638553B1; EP2638553A1; HK1186290A1; CN103189948B; WO2012062408A1; CN103189948A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, derart, dass der eine Lastzweig mit der ersten Wicklungsanzapfung und der andere Lastzweig mit der zweiten Wicklungsanzapfung elektrisch verbunden ist. Dabei weist jeder Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes Schaltelement auf und ist mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden. Erfindungsgemäß ist im ersten Lastzweig ein erster mechanischer Umschaltkontakt vorgesehen, durch den die der Lastableitung abgewandte Seite des ersten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung oder der zweiten Wicklungsanzapfung verbindbar ist, und im zweiten Lastzweig ist ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt vorgesehen, durch den die der Lastableitung abgewandte Seite des zweiten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes ebenfalls wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung oder der zweiten Wicklungsanzapfung verbindbar ist. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise der im stationären Betrieb fließende Dauerstrom auf die Schaltelemente in beiden Lastzweigen aufgeteilt.

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.
Bei diesem bekannten Stufenschalter führt die Vakuumschaltröhre des eingeschalteten Lastzweiges den Dauerstrom im stationären Betrieb.
Derartige Stufenschalter mit zwei Lastzweigen mit jeweils zwei Vakuumschaltröhren haben sich in der Praxis bewährt. Dennoch gibt es Anwendungsfälle, bei denen ein derart hoher Dauerstrom auftreten kann, dass die Führung durch eine Vakuumschaltröhre im stationären Betrieb problematisch ist.
Es sind auch ähnliche Schaltungen mit ebenfalls vier Vakuumschaltröhren pro Phase bekannt, bei denen jedoch in jedem Lastkreis zwei Vakuumschaltröhren in Reihe geschaltet sind und zu einer dieser Vakuumschaltröhren ein Überschaltwiderstand parallel geschaltet ist. Hierbei führen die beiden in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren den Dauerstrom, was ebenfalls bei sehr hohen Dauerströmen Probleme bereiten kann.
Prinzipiell ist es in solchen Fällen für die verschiedensten Schaltungen bereits bekannt, parallel zu beiden Lastzweigen mechanische Dauerkontakte vorzusehen, die nach der Lastumschaltung die Führung des Dauerstroms im stationären Betrieb übernehmen und die Vakuumschaltröhren damit entlasten. Der Dauerkontakt der bisher stromführenden Seite öffnet dabei vor Beginn der eigentlichen Lastumschaltung; der Dauerkontakt der den Strom übernehmenden Seite schließt nach Abschluss der eigentlichen Lastumschaltung.
Solche mechanischen Dauerkontakte erhöhen allerdings den Platzbedarf des Stufenschalters, die Komplexität der Konstruktion und verlängern zudem die Schaltsequenz, d. h. die Zahl der nacheinander zu betätigenden Kontakte bei einer Lastumschaltung.
Dieses Problem ist nicht auf Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren als Schaltelementen begrenzt. Gleichermaßen ergibt sich dieser Nachteil auch bei Stufenschaltern mit mechanischen Kontakten als Schaltelementen oder mit Halbleiter-Schaltern.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der die Führung hoher Dauerströme auch ohne zusätzliche mechanische Dauerkontakte gestattet.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, den Dauerstrom auf alle als Hauptkontakt wirkende Schaltelemente beider Lastzweige aufzuteilen und neben dem mindestens einem Schaltelement im den Strom führenden Lastzweig auch das – ohnehin vorhandene, aber beim Stand der Technik funktionslose – mindestens eine Schaltelement im nicht den Laststrom führenden Lastzweig in die Dauerstromführung mit einzubeziehen. Damit wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, ohne dass mehr Schaltelemente oder größer dimensionierte Schaltelemente erforderlich wären.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter, hier mit Vakuumschaltröhren als Schaltelementen, im stationären Zustand mit Beschaltung einer Wicklungsanzapfung n der Stufenwicklung des Stufentransformators
1a...8 verschiedene Schritte während einer Lastumschaltung auf die neue Wicklungsanzapfung n + 1.
Beim erfindungsgemäßen Stufenschalter ist ein erster Lastzweig vorgesehen, in dem sich eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV1 sowie parallel dazu ein Überschaltwiderstand R1 sowie eine als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTV1 befinden. Der zweite Lastzweig besitzt ganz analog eine Vakuumschaltröhre MSV2 sowie parallel dazu einen weiteren Überschaltwiderstand R2 und eine Vakuumschaltröhre TTV2. Bis hierhin entspricht die Schaltung dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist im ersten Lastzweig ein erster mechanischer Umschaltkontakt MTF1 vorgesehen, durch den die nicht mit der Lastableitung L verbundene Seite der Vakuumschaltröhre MSV1 wahlweise mit der bisherigen Anzapfung n der Stufenwicklung oder auch der neuen Wicklungsanzapfung n + 1 verbindbar ist.
Erfindungsgemäß ist weiterhin im zweiten Lastzweig ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt MTF2 vorgesehen, durch den die nicht mit der Lastableitung L verbundene Seite der Vakuumschaltröhre MSV2 ebenfalls wahlweise mit der bisherigen Anzapfung n der Stufenwicklung oder auch der neuen Wicklungsanzapfung n + 1 verbindbar ist.
Im in 1 dargestellten Fall würde nach dem Stand der Technik der Laststrom von der Wicklungsanzapfung n über die Vakuumschaltröhre MSV1 zur Lastableitung führen. Die Vakuumschaltröhre MSV1 würde allein den Dauerstrom führen. Durch die Schaltung der erfindungsgemäß in die beiden Lastzweige eingefügten mechanischen Umschaltkontakte MTF1 und MTF2 hingegen wird der Laststrom IL, d. h. der Dauerstrom im stationären Betrieb, auf die Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2 aufgeteilt; jede dieser beiden Vakuumschaltröhren muss also nur noch den halben Laststrom ½ IL als Dauerstrom führen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Schonender Betrieb für die Vakuumschaltröhren, weniger Platzbedarf, Entfall mechanischer Dauerkontakte.
Nachfolgend soll an Hand der weiteren Figuren eine vollständige Umschaltsequenz des erfindungsgemäßen Stufenschalters von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n + 1 gezeigt werden. U_st bezeichnet dabei die Stufenspannung zwischen den beiden Wicklungsanzapfungen. Die den Laststrom jeweils führenden Pfade sind dick dargestellt.
1a: Die Anzapfung n ist noch stationär geschaltet, wie bereits an Hand von 1a erläutert. Die Vakuumschaltröhren TTV2 und MSV2 öffnen; die Umschaltung beginnt mit diesem Schritt.
2: Die Vakuumschaltröhren TTV2 und MSV2 sind geöffnet, jetzt schaltet der mechanische Kontakt MTF2. Der Laststrom IL fließt jetzt ausschließlich über den linken Lastzweig.
3: Die Vakuumschaltröhre MSV1 hat geöffnet, der Laststrom kommutiert auf den Widerstandszweig, bestehend aus der Reihenschaltung der Vakuumröhre TTV1 und dem Widerstand R1.
4: Die Vakuumschaltröhre TTV2 im rechten Widerstandszweig ist jetzt geschlossen; es fließt ein Kreisstrom Ic.
5: Die Vakuumschaltröhre TTV1 ist jetzt geöffnet, der rechte Widerstandszweig, bestehend aus der Reihenschaltung der Vakuumschaltröhre TTV2 und dem Widerstand R2, übernimmt den Laststrom vollständig.
6: Die Vakuumschaltröhre MSV2 schließt und übernimmt die Stromführung, gleichzeitig wird der mechanische Umschaltkontakt MTF1 betätigt.
7: Die Vakuumschaltröhren und MSV1 und TTV1 des linken Lastzweiges schließen.
8: Der neue stationäre Endzustand ist erreicht; die Umschaltung ist beendet. Der Laststrom IL von der Wicklungsanzapfung n + 1 verteilt sich über die beiden Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2, die jeweils den halben Laststrom ½ IL führen, hin zur Lastableitung L.
Besonders vorteilhaft sind die mechanischen Kontakte (MTF1, MTF2) identisch aufgebaut und/oder zu einer einzigen Baugruppe zusammengefasst.
Die Erfindung ist nicht auf die Benutzung von Vakuumschaltröhren als Schaltelemente beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind auch Stufenschalter mit mechanischen Kontakten oder Halbleiterschaltern als Schaltelementen möglich; die Vorteile der Erfindung gelten für derartige Stufenschalter ebenso.
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]

Claims

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen (n, n + 1) eines Stufentransformators, wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, derart, dass der eine Lastzweig mit der ersten Wicklungsanzapfung (n) und der andere Lastzweig mit der zweiten Wicklungsanzapfung (n + 1) elektrisch verbunden ist, wobei der erste Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes erstes Schaltelement (MSV1) aufweist, wobei der zweite Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes zweites Schaltelement (MSV2) aufweist und wobei erster und zweiter Lastzweig mit einer gemeinsamen Lastableitung (L) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Lastzweig zusätzlich ein erster mechanischer Umschaltkontakt (MTF1) vorgesehen ist, durch den die nicht mit der Lastableitung (L) verbundene Seite des mindestens einen ersten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes (MSV1) wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung (n) oder der zweiten Wicklungsanzapfung (n + 1) verbindbar ist, und dass im zweiten Lastzweig zusätzlich ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt (MTF2) vorgesehen ist, durch den die nicht mit der Lastableitung (L) verbundene Seite des mindestens einen zweiten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes (MSV2) ebenfalls wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung (n) oder der zweiten Wicklungsanzapfung (n + 1) verbindbar ist.
Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Kontakte (MTF1, MTF2) identisch aufgebaut sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Kontakte (MTF1, MTF2) zu einer Baugruppe vereinigt sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente (MSV1, MSV2) Vakuumschaltröhren verwendet sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente (MSV1, MSV2) mechanische Kontakte verwendet sind.
Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente (MSV1, MSV2) elektrische Halbleiterschalter, beispielsweise Thyristoren oder IGBT's, verwendet sind.