DE1092560B

DE1092560B - Anordnung zur Einschaltung von Drehstromtransformatoren

Info

Publication number: DE1092560B
Application number: DEB52198A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Depenbrock
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1959-02-21
Filing date: 1959-02-21
Publication date: 1960-11-10

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, daß die Einschaltung eines Transformators an das Netz, vor allem im unbelasteten Zustand des Transformators, je nach dem Einschaltaugenblick mit mehr oder weniger großen Einschaltstromstößen verbunden ist, deren Höhe das Vielfache des Nennbelastungsstromes betragen kann. Bei Anlagen, die betriebsmäßig oft ein- und ausgeschaltet werden müssen, ist dieser sogenannte Rush-Effekt sehr störend, weshalb schon verschiedentlich versucht worden ist, dieser Erscheinung zu begegnen.

Ein bekanntes oft angewendetes Mittel, die Einschaltstromstöße auf unschädliche Werte herabzumindern, ist die Einschaltung eines kleinen Widerstandes in die Primärzuleitung des Transformators. Durch sie werden die Einschaltstromstöße bei entsprechender Bemessung des Widerstandes stark gedämpft, jedoch ist es bei Transformatoren größerer Leistung notwendig, diese Widerstände mittels verzögert eingeschalteter Schützen hinterher kurzzuschließen, um den Spannungsabfall an den Widerständen aufzuheben.

Für den Betrieb von Einphasentransformatoren sind ferner bereits verschiedene Anordnungen bekanntgeworden, bei denen das Einschalten des Transformators im unschädlichen Augenblick, nämlich im Zeitpunkt des Spannungsmaximums, herbeigeführt wird. Hierzu sind au Stelle der für diesen Zweck infolge ihrer Trägheit ungeeigneten mechanischen Schalter antiparallel geschaltete gesteuerte Gasentladungsgefäße herangezogen worden, die beispielsweise mittels eines synchron umlaufenden Steuerschalters oder unter Zuhilfenahme einer Röhrenschaltung zur Bildung der zeitrichtigen Steuerimpulse im Augenblick des Spannungsmaximums gesteuert werden.

Bei derartigen Steuerungen erfolgt die zeitrichtige Steuerung der Entladungsgefäße oft nicht nur mit Rücksicht auf die hier in Betracht kommende Erfassung des Spannungsmaximums für den Einschaltaugenblick, sondern, beispielsweise für den Betrieb von Widerstands-Punktschweißeinrichtungen, auch im Hinblick auf die Erfassung anderer Zündaugenblicke, beispielsweise zum Zweck der sogenannten Anschnittsteuerung, die der Veränderung der Höhe des Schweiß stromes dient.

Die für die Steuerung des Einschaltaugenblickes eines Transformators dienenden bekanntgewordenen Einrichtungen beziehen sich indessen ausschließlich auf Einphasentransformatoren. Bei diesen muß die stromstoßfreie Einschaltung möglichst im Zeitpunkt des Spannungsmaximums der Netzspannung erfolgen.

Die Steuerung des Einschaltaugenblickes ist indessen nicht weniger wichtig für die Einschaltung von Drehstromtransformatoren. Bei diesem sind andere zeitliche Spannungsbedingungen zu erfüllen, sie erfordern vor allem, daß die Einschaltung zweier Netzzu-Anordnung zur Einschaltung von Drehstromtransformatoren

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dipl.-Ing. Manfred Depenbrock, Mannheim-Almenhof, ist als Erfinder genannt worden

leitungen des Transformators zeitlich nacheinander erfolgen muß.

Dem trägt die Erfindung Rechnung, wobei sie sich der auch für Drehstromtransformatoren bekannten, jedoch noch ohne Zeitsteuerung zur Anwendung gekommenen Einschaltmittel, nämlich der bereits erwähnten Gruppen antiparallel geschalteter Gasentladungsventile, bedienen kann. Daneben ist die Anwendung anderer trägheitsloser Schaltmittel, wie z. B. von Transistoren, möglich.

Zu diesem Zweck wird bei einer Anordnung zur Einschaltung von Drehstromtransformatoren mittels trägheitslos wirkender Schalter vorgeschlagen, zwei primäre Netzzuleitungen des Transformators mit zwei Phasen des Netzes über je einen trägheitslos wirkenden Schalter, beispielsweise eine Gruppe antiparallel geschalteter Gasentladungsventile oder gesteuerter Halbleiterventile, zu verbinden, die nach erfolgtem Einschaltbefehl mit Steuerimpulsen gesteuert werden, welche, ausgehend von aus den Netzspannungen in an sich bekannter Weise abgeleiteten Zeitmarken, so gebildet werden, daß die Einschaltung des ersten Schalters im Zeitpunkt des Spannungsmaximums der zwischen der Schalterphase und der fest durchverbundenen Phase liegenden verketteten Netzspannung und die Einschaltung des zweiten Schalters eine Viertelperiode später im Zeitpunkt des Spannungsmaximums der zugehörigen Phasenspannung erfolgt.

Die der Anordnung der Erfindung zugrundeliegende Schaltung mit Ventilen ist in Fig. 1 beispielsweise wiedergegeben. Das Drehstromnetz, an das der Drehstromtransformator 1 mit der Belastung 2 angeschlos-

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sen werden soll, ist mit R, S, T bezeichnet. Die Anschaltung der Netzphase R erfolgt über die antiparallel geschalteten Gasentladungsventile 3, die der Netzphase S über die Ventile 4, während die Phase T mit dem Transformator über die Leitung 5 fest verbunden ist.

Das l>eispielsweise mittels der nachfolgend noch näher beschriebenen Anordnung vollzogene Steuerverfahren bewirkt die Einschaltung des Transformators in zwei Schritten, nämlich durch die Zündung der Ventile 3 im Zeitaugenblick des Spannungsmaximums der verketteten Spannung zwischen R und T sowie eine Viertelperiode später im Zeitaugenblick des Spannungsmaximums der Phasenspannung der Netzphase 5" gegen den Nullpunkt des Netzes.

Dieses Verfahren wird durch die in Fig. 2 gezeigten Oszillogramme näher erläutert. In Fig. 2 a ist der zeitliche Verlauf der Augenblicks werte der Phasenspannungen ii_R, u_s, u_T der Netzphase R, S, T gegen den Nullpunkt dargestellt. Das Spannungsmaximum der verketteten Spannung u_TR = «_Ä — u_T zwischen R und T fällt mit dem Nulldurchgang der Phasenspannung % zusammen. In diesem Augenblick, der mit i_± bezeichnet ist, soll nach gegebenem Einschaltbefehl die Ventilgruppe 3 gezündet und damit stromdurchlässig gemacht werden.

Dann treten in darauffolgendem Zeitraum einer Viertelperiode der Netzspannungen die in Fig. 2b gezeigten entgegengesetzt gleichen Wicklungsspannungen Vr und Vt des Transformators auf, deren Summe mit der verketteten Spannung zwischen R und T übereinstimmt.

Im Zeitpunkt t₂ gehen die verkettete Spannung u_Tr und mit ihr die Wicklungsspannungen v% und v_T durch Null, während die Phasenspannung % an den noch gesperrten Ventilen ihr Spannungsmaximum erreicht. In diesem Augenblick ist es möglich, die Phase ,5" des Netzes durch Zündung der Ventilgruppe 4 an den Transformator zu legen, ohne daß ein Ausgleichsvorgang hervorgerufen wird. Die im Anschluß an die in diesem Augenblick erfolgende Zündung der zweiten Ventilgruppe eintretenden Spannungen am Transfermator verlaufen, wie Fig. 2b erkennen läßt, genau wie im in Fig. 2 a dargestellten bereits eingeschwungenen Zustand. Der zugehörige Verlauf der magnetischen Flüsse Φ_Ά, Φ₃, Φ_τ ist in Fig. 2 c dargestellt, auch hier erkennt man, daß im Zündaugenblick t₂ die normalen stationären Verhältnisse der Flußverläufe des Transformators eingetreten sind.

Eine in der beschriebenen Weise wirkende Steuereinrichtung ist beispielsweise in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellt. Sie besteht aus Einrichtungen zur Impulsbildung und aus logisch arbeitenden Schaltungselementen, wie Koinzidenglieder sowie Speicherelemente und Differenzierglieder, wobei die an sich bekannten und daher nicht weiter dargestellten Grundschaltungen dieser Schaltungsbestandteile unter vorzugsweiser Verwendung von Schalttransistoren aufgebaut sein sollen.

Der Einschaltbefehl zur Einleitung der Einschaltung des Transformators erfolgt mittels des in Fig. 3 in der Ausschaltstellung gezeichneten zweipoligen Schalters Sch, der einen Ruhe- und einen Arbeitskontakt aufweist. Für die Ableitung der Zeitmarken der Wechselspannungen des Netzes sind Impulsgeber /1 und 72 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise mittels gesättigter Transformatoren oder Drosselspulen kurze Spannungsimpulse in den Zeitpunkten des positiven oder negativen Maximums der Spannungen bilden. Der Impulsgeber /1 erzeugt die Zeitmarken der verketteten Spannung zwischen R und T, der Impulsgeber /2 die Zeitmarken der Phasenspannung von S. Zur weiteren Angabe der Funktion der Schaltungselemente in Fig. 3 sind die sogenannten Koinzidenzglieder, die als »Und«-Glieder bezeichnet werden, mit U gekennzeichnet. Sie sind Übertragungsglieder, die einen eingehenden Impuls nur dann durchlassen, wenn an ihrem zweiten Eingang gleichzeitig ein weiterer Impuls ansteht. Die als »Oder«-Glieder bezeichneten

ίο mit O gekennzeichneten Schaltungselemente sind Übertragungsglieder mit zwei Eingängen, die den einen oder anderen Eingangsimpuls an den Ausgang weitergeben, wobei der jeweils unbeteiligte Eingangskreis von dem anderen elektrisch entkoppelt ist. Weiterhin sind mit Sp sogenannte binäre Speicher bezeichnet, die aus einem bistabilen Multivibrator, der beispielsweise mit Transistoren bestückt ist, bestehen. Als Differenzierglieder D sind die an die Ausgangsspannung der Speicher .5*^ angeschlossenen i?C-Glieder bezeichnet, die einen differenzierten Ausgangsimpuls der Speicher Sp weitergeben.

Nach diesen Erläuterungen soll die Wirkungsweise der in Fig. 3 beispielsweise wiedergegebenen Steueranordnung beschrieben werden.

Das »Und«-Glied t/3 läßt einen vom Impulsgeber/l kommenden an dem einen Eingang von t/3 anstehenden Spannungsimpuls bei +90° oder —90° der in elektrischen Graden gemessenen Zeit, d. h. im Zeitpunkt eines Maximums der zwischen R und T liegenden verketteten Spannung, nur dann durch, wenn gleichzeitig infolge Einschaltung des Schalters Sch eine dem Einschaltbefehl entsprechende Spannung an den zweiten Eingang von t/3 vorhanden ist.

In diesem Fall beaufschlagt der erte der von t/3 durchkommenden Impulse den binären Speicher Sp 4, dessen stehenbleibender Ausgangsimpuls auf ein weiteres »Und«-Glied t/5 gegeben wird.

Dieses »Und«-Glied t/5 gibt den eingehenden Impuls unmittelbar weiter, da an seinem zweiten Eingang gleichzeitig mit dem ersten Impuls der über das Differenzierglied D 6 umgebildete und über das »Oder«-Glied 07 weitergegebene Impuls erscheint. Der Ausgangsimpuls von t/5 wirkt nun auf das mit Gittersteuereinrichtung St 8 bezeichnete Gerät, das die Zündung der Ventilgruppe 3 in Fig. 1 herbeiführt.

Nach Zündung der Ventilgruppe 3 gemäß des Einschaltbefehls erfolgt die weitere Erhaltung der Zündbereitschaft der Ventilgruppe durch einen in an sich bekannter Weise aufgebauten Impulsgeber/9, der in der Phase veränderbare Steuerimpulse erzeugt. Mit diesem Impulsgeber, der gleichfalls über das »Oder«- GliedO7 und das »Und«-Glied t/5 auf den Gittersteuersatz St 8 einwirkt, kann eine Regulierung der effektiven Wechselströme durch Anschnittsteuerung herbeigeführt werden.

Ist der binäre Speicher Sp 4 in die den Einschaltbefehl entsprechende Stellung gekippt, so läßt ein weiteres »Und«-Glied t/10 im Zeitpunkt 180° oder 0° einen vom Impulsgeber 12 kommenden Spannungsimpuls, der eine der Zeitmarken der Phasenspannung u_s darstellt, durch. Von diesem Impuls wird der binäre Speicher SpIl beaufschlagt und in den Einschaltzustand gekippt. Dessen Ausgangsimpuls wird wieder einmal direkt und das andere Mal nach Differentiation in dem Differenzierglied D12 über das »Oder«-Glied 013 auf das »Und«-Glied t/14 gegeben, das infolgedessen einen Impuls weitergibt, wodurch der Gittersteuersatz St 15 zur Abgabe der Gitterspannungsimpulse zum Zünden der Ventilgruppe 4 nach Fig. 1 gebracht wird.

Hiermit ist die stromstoßfreie Einschaltung des Drehstromtransformators vollzogen. Nach Zündung der Ventilgruppe 4 gemäß des Einschaltbefehls erfolgt die weitere Erhaltung der Zündbereitschaft der Ventilgruppe ebenfalls durch den schon genannten Impulsgeber 19, der gleichfalls über das »Oder«-Glied 013 und das »Und«-Glied t/14 auf den Gittersteuersatz St 15 einwirkt.

Bei Ausschaltung des Drehstromtransformators nach Bewegung des Schalters Sch in die Ausschaltstellung werden die binären Speicher Sp 4 und Sp 11 in den der Ausschaltung entsprechenden Zustand gebracht, wodurch in den »Und«-Gliedern U5 und t/14 die Weitergabe von Steuerimpulsen gesperrt wird.

Die beschriebene Steueranordnung kann in mancherlei Weise variiert werden. Wenn eine Regulierung der Transformatorspannung bzw. der vom Transformator gelieferten Ströme nicht erforderlich ist, so kann sie beispielsweise auch so gestaltet sein, daß nach der ersten Zündung der Ventilgruppen 3 und 4 diese durch eine positive Gleichspannung an ihren Steuerelektroden so lange ständig zündbereit gehalten werden, bis der Schalter Sch wieder geöffnet wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Einschaltung von Drehstromtransformatoren mittels trägheitslos wirkender Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei primäre Netzzuleitungen des Transformators mit zwei Phasen des Netzes über je einen Schalter verbunden sind, die nach erfolgtem Einschaltbefehl mit Steuerspannungsimpulsen gesteuert werden, welche, ausgehend von aus den Netzspannungen in an sich bekannter Weise abgeleiteten Zeitmarken, so ausgebildet werden, daß die Einschaltung des ersten Schalters im Zeitpunkt des Spannungsmaximums der zwischen der Schalterphase und einer fest durchverbundenen Phase liegenden verketteten Netzspannung und die Einschaltung des zweiten Schalters eine Viertelperiode später im Zeitaugenblick des Spannungsmaximums der zugehörigen Phasenspannung erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Steuerimpulse zur Zündung der trägheitslos wirkenden Schalter mittels einer Steuereinrichtung erfolgt, die aus logisch arbeitenden Schaltelementen besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen