DE1638478B1 - Anordnung zur lastumschaltung bei stufentransformatoren mit dauerkontakten und nur einem halbleitergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit Dauerkontakten und nur einem Halbleitergerät, welches mindestens einen Lastthyristor und parallel zu diesem die Reihenschaltung eines Löschzweiges mit mindestens einem Hilfsthyristor und einem Löschkondensator enthält, wobei das Halbleitergerät mit Hilfe eines stromlos schaltenden Umstellers jeweils parallel zu dem stromführenden Dauerkontakt schaltbar und allein beim Öffnen des stromführenden Dauerkontaktes kurzzeitig stromführend und durch einen die Zündung des Hilf sthyristors im Löschzweig des Halbleitergerätes bewirkenden Kurzschluß sofort wieder stromsperrend ist. Durch diese Schaltanordnung soll ein lichtbogenfreies Umschalten des Laststromes beim Schalten der Stufen eines Regeltransformators erreicht werden.

Das Halbleitergerät einem mechanischen Lastumschalter parallel zu schalten, ist bereits durch die schweizerische Patentschrift 413 098 bekannt. Dadurch wird ein Kurzschlußstrom mechanisch eingeleitet, der parallel zum Halbleitergerät liegt und auf dieses kommutiert werden muß, ehe er dort zwangsgelöscht werden kann. Durch diese mechanische Kontaktgebung vergeht bis zum Löschen der Thyristoren eine geraume Zeit, die zu einem hohen Kurzschlußstrom führen kann. Da außerdem die Löschung des Halbleitergerätes durch einen zusätzlichen mechanischen Hilfskontakt eingeleitet wird, müssen beide mechanischen Schalter sehr genau aufeinander abgestellt sein, was zu einem erhöhten Aufwand der mechanischen Geräte und deren Antrieb führt. Um dieser Schaltanordnung gerecht zu werden, sind entweder mindestens vier Thyristoren oder bei Verwendung von nur zwei Thyristoren ein entsprechend höherer Aufwand an mechanischen Betriebsmitteln erforderlich.

Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen (P 16 38 462. 6-32), ein Halbleitergerät in bezug auf die Stufenspannung in Reihe zu einem prellarm schaltenden Hilfskontakt zu schalten, der beim Schließen einen Stufenkurzschlußstrom einleitet und nach kurzzeitigem Löschen des Halbleitergerätes, ausgelöst durch diesen Kurzschlußstrom, den Laststrom der zugeschalteten Stufe des Regeltransformators übernimmt und an die Ableitung führt. Diese Schaltung beseitigt zwar die Mängel der bekannten obenerwähnten Schaltanordnung, benötigt aber zusätzlich einen Hilfskontakt, der prellarm schaltet, und einen doppelpoligen Umsteller sowohl für das Halbleitergerät als auch für den Hilfsschalter und entsprechende Hilfsgeräte hierfür, so daß dadurch diese Schaltanordnung noch nicht die einfachste Lösung darstellt.

Die Erfindung strebt eine weitere Verbesserung und Vereinfachung einer Schaltanordnung zur Lastumschaltung der oben beschriebenen Art an und erreicht dies erfindungsgemäß dadurch, daß der stromsperrende Kurzschluß durch das Schließen des zuschaltenden, bisher nicht stromführenden, prellarmen Dauerkontaktes erfolgt und nur ein einpoliger Umsteller allein für das Halbleitergerät vorgesehen ist, der mit zwei Hilfsschaltern gleichzeitig schaltbar ist, die einmal mit einem Hilfstransformator und einmal mit der Sekundärseite je eines in der Ableitung der Dauerkontakte liegenden Stromwandlers in einem Stromkreis liegen, wobei der eine Hilfsschalter den Hilfstransformator jeweils parallel zum aufschaltenden Dauerkontakt, der andere Hilfsschalter die Sekundärseite des Stromwandlers des aufschaltenden Dauerkontaktes an ein Steuergerät für die Thyristoren schaltet.

In vorteilhafter Weise besitzt dabei der Hilfstransformator zwei Sekundärwicklungen, die über je einen Gleichrichter einmal an das Steuergerät und einmal an den Löschkondensator eine Gleichspannung legen. Zur Sicherung des Halbleitergerätes ist es zweckmäßig, in dessen Ableitung eine Sicherung einzuschalten. Der Umsteller und die Hilfsschalter werden in vorteilhafter Weise mittels einer gemeinsamen Schaltstange gleichzeitig geschaltet. Im Halbleitergerät ist in Reihe zum Lastthyristor eine Sperrdrossel und zweckmäßig parallel zur Sperrdrossel eine Diode geschaltet, deren Kathode mit den Kathoden des Lastthyristors und des Hilfsthyristors verbunden ist. Die Diode dient zur Aufnahme der in der Sperrdrossel gespeicherten Energie.

Durch diese Schaltanordnung nach der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß zur Lastumschaltung mittels steuerbaren Halbleiterventilen die Anzahl der verwendeten Thyristoren und auch i die Anzahl der Hilfsgeräte weitgehendst eingeschränkt ist. Von den für derartige Schaltanordnungen notwendigen Dauerkontakten übernimmt jeweils der zuschaltende Dauerkontakt die Einleitung eines Stufenkurzschlusses, welcher durch eine entsprechend ausgeführte Stufenschaltung erfaßt wird und zur Zündung des Hilfsthyristors des Löschstromkreises führt. Dadurch wird der entsprechende Kurzschlußstrom bereits bei Bruchteilen des möglichen Scheitelwertes auf den Löschkreis kommutiert und nach längstens einer Millisekunde ganz gelöscht. Für diese Funktion wird jetzt kein besonderer prellarm schaltender Hilfsschalter benötigt und auch ein zweiter Trennschalter eingespart. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung der Schaltanordnung ohne ihre ordentüche Funktion zu beeinflussen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Gesamtschaltbild zur Lastumschaltung mittels eines Halbleitergerätes und der Dauerkontakte,

F i g. 2 und 3 die herausgelösten Schaltwege während der Umschaltung.

In der Schaltanordnung nach F i g. 1 ist ein Teil der Stufenwicklung des Transformators Tr mit den Stufenanzapfungen A und B dargestellt. An die Stufenanzapfungen sind die Wählerschalter 1, 2 und die Dauerkontakte 3, 4 angeschlossen und mit der Ableitung Y verbunden. Ein Umsteller 5 mit den Kontakten α und b ist gleichzeitig mit einem Hilfsschalter 6 und einem Hilfsschalter 7 durch eine Schaltstange 8 schaltbar, wobei der Umsteller und auch die Hilfsschalter stromlos geschaltet werden.

Wie in der Schaltung nach F i g. 1 dargestellt, liegt zwischen der Stufe A bzw. dem Wählerkontakt 1 und dem Umsteller 5 einerseits und der Ableitung Y andererseits ein Halbleitergerät H, welches aus einer Einphasen-Gleichrichterbrücke mit den Dioden 9,10, 11 und 12 besteht. In der Gleichspannungsdiagonale liegt der Lastthyristor 13 und eine Sperrdrossel 14 und parallel zum Lastthyristor 13 der Hilfsthyristor 15, der Löschkondensator 16 und eine Begrenzungsdrossel 17 sowie parallel zur Sperrdrossel 14 eine Diode 28, deren Kathode mit den Kathoden der Thyristoren 13 und 15 verbunden ist. Die Wechselstromanschlüsse der Einphasen-Gleichrichterbrücke sind

einmal über den Umschalter 5 mit dem Wählerkontakt 1 bzw. der Stufe A der Regelwicklung des Transformators und einmal über eine flinke Sicherung 18 mit der Ableitung Y verbunden.

Mit dem Hilfsschalter 6 ist ein Hilfstransformator 19 mit einem vorgeschalteten Widerstand 20 parallel zu dem aufschaltenden Dauerkontakt 4 geschaltet. Bei entgegengesetzter Schaltrichtung und der Stellung b des Hilfsschalters 6 ist der Transformator 19 parallel zum dann offenen Dauerkontakt 3 geschaltet. Der Hilfstransformator 19 besitzt zwei Sekundärwicklungen, deren Wechselspannungen in zwei Gleichrichtern 21 und 31 gleichgerichtet werden. Dabei wird die Gleichspannung am Gleichrichter 21 einem Steuergerät 30 für die Thyristoren 13, 15 zugeführt, während die Gleichspannung des Gleichrichters 31 zur Vorspannung des Löschkondensators 16 dient. Dabei ist in eine Leitung zwischen Gleichrichter 31 und Löschkondensator 16 ein Widerstand 26 geschaltet.

In die Ableitung der Dauerkontakte 3 und 4 ist je ein Stromwandler 22, 23 geschaltet, die sekundärseitig mit Parallelwiderständen 24, 25 versehen sind. Durch den Hilfsschalter 7 wird jeweils die Sekundärwicklung des einen Stromwandlers 22 oder des anderen Stromwandlers 23 an den Eingang II des Steuergerätes 30 gelegt.

An Hand eines Umschaltvorganges soll der Gegenstand der vorliegenden Erfindung weiter erläutert werden.

Nach dem Schaltbild F i g. 1 sind die Wählerkontakte 1 und 2 und der Dauerkontakt 3 geschlossen. Der Umsteller 5 und auch die Hilfskontakte 6 und 7 stehen in der Schaltstellung 5α, 6 a und Ία. Der Laststrom Ls fließt über den Wählerkontakt 1, den Dauerkontakt 3, den Stromwandler 22 zur Ableitung Y. Da der Hilfsschalter 7 in Stellung la steht, ist das Ausgangssignal des Stromwandlers 22 unwirksam. Der Hilfstransformator 19 liegt über den Hilfskontakt 6 a und den Widerstand 20 parallel zum offenen Dauerkontakt 4 und damit an der Stufenspannung. Seine Sekundärspannung beeinflußt das Steuergerät 30 über den Eingang I so, daß der Lastthyristor 13 Zündimpulse erhält. Außerdem wird über den Gleichrichter 31 und Widerstand 26 der Löschkondensator 16 vorgeladen.

Zu Beginn einer gewünschten Umschaltung von Anzapfung A auf Anzapfung B des Regeltransformators wird der Dauerkontakt 3 geöffnet und der Laststrom i_L auf das Halbleitergerät H kommutiert. F i g. 2 zeigt den dazugehörigen Laststromweg.

Sobald der Dauerkontakt 3 mit Sicherheit geöffnet hat, schließt der Dauerkontakt 4 und leitet damit einen Kurzschluß ein. Der Kurzschlußstrom i_K würde nun steil ansteigen. Um diesen Anstieg zu verhindem, muß der Lastthyristor 13 innerhalb weniger Mikrosekunden gelöscht, d. h. stromfrei gemacht und gesperrt werden. Dazu wird über den verzögerungslos arbeitenden Stromwandler 23, dessen Sekundärseite über den Hilfsschalter 7 an den Eingang II des Steuergerätes geschaltet ist, der entstehende Kurzschlußstrom i_K erfaßt und an das Steuergerät 30 gemeldet. Da gleichzeitig mit dem Schließen des Dauerkontaktes 4 der Hilfstransformator 19 spannungslos und die Spannung am Eingang / des Steuergerätes 30 Null wird, wird das Steuergerät so beeinflußt, daß Zündimpulse von Thyristor 13 gewonnen und an Hilfsthyristor 15 ein einzelner Zündimpuls gelegt wird. Der Löschkondensator 16 kann sich dadurch über die Drossel 17, den Hilfsthyristor 15 und den Laststrom führenden Lastthyristor 13 kurzzeitig entladen. Sobald der Entladestrom im Lastthyristor 13, der entgegen dem Laststrom i_L fließt, gleich groß ist wie der Laststrom, d. h. sobald der resultierende Strom Null wird, beginnt der Lastthyristor 13 zu sperren, und es liegt an ihm eine negative Sperrspannung, deren Höhe unter anderem abhängig ist von der Vorspannung des Löschkondensators 16.

Unter dem Einfluß von Stufenspannung und Induktivität im Stufenkreis will der Laststrom i_L, vermehrt um den Anteil des Kurzschlußstromes /_K, noch kurze Zeit in derselben Richtung weiterfließen und ladet dabei den Löschkondensator 16 um. Es ist darauf zu achten, daß der Löschkondensator 16 so groß gewählt wird, daß die Zeit, während welcher am Lastthyristor 13 negative Spannung anliegt, größer ist als die sogenannte Freiwerdezeit der verwendeten Thyristoren. Damit sich der Löschkondensator 16 bei Zündung des Hilfsthyristors 15 nicht über die Diodenzweige 9, 10 bzw. 12 entlädt, wird die Sperrdrossel 14 vorgeschaltet. Die zur Sperrdrossel 14 parallelliegende Diode 28 dient zur Aufnahme der in der Drossel gespeicherten Energie.

Wird der Stufenkurzschluß durch einen Fehler in der Löscheinrichtung nicht rechtzeitig gelöscht, so unterbricht die flinke Schmelzsicherung 18 den Stufenkreis und verriegelt z.B. über einen Sicherungsmelder oder einen Meldetransformator jede weitere Stufenschaltung.

F i g. 3 zeigt den dieser Schaltphase entsprechenden Stromweg.

Nachdem das Halbleitergerät H sicher sperrt, wird der Umsteller 5 samt den Hilfsschaltern 6 und 7 in die Schaltstellung b gebracht. Dadurch liegt das Halbleitergerät H parallel zum geschlossenen Dauerkontakt 4. Da der Hilfstransformator 19 über den Hilfskontakt 6 parallel zum sperrenden Dauerkontakt 3 und dabei wieder an Spannung liegt, erhält das Steuergerät 30 wieder Spannung an seinem Eingang I und bringt dadurch Zündimpulse an den Lastthyristor 13. Hilfskontakt 7 hat nun den Stromwandler 22 des offenen Dauerkontaktes 3 an das Steuergerät geschaltet. Dadurch ist nunmehr eine neue Umschaltung von Stufenanzapfung B nach Stufenanzapfung A des Regeltransformators vorbereitet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit Dauerkontakten und nur einem Halbleitergerät, welches mindestens einen Lastthyristor und parallel zu diesem die Reihenschaltung eines Löschzweiges mit mindestens einem Hilfsthyristor und einem Löschkondensator enthält, wobei das Halbleitergerät mit Hilfe eines stromlos schaltenden Umstellers jeweils parallel zu dem stromführenden Dauerkontakt schaltbar und allein beim Öffnen des stromführenden Dauerkontaktes kurzzeitig stromführend und durch einen die Zündung des Hilfsthyristors im Löschzweig des Halbleitergerätes bewirkenden Kurzschluß sofort wieder stromsperrend ist, dadurch gekennzeichnet, daß der stromsperrende Kurzschluß durch das Schließen des zuschaltenden, bisher nicht stromführenden, prellarmen Dauerkontaktes (z. B. 4) erfolgt und

nur ein einpoliger Umsteller (5) allein für das Halbleitergerät (H) vorgesehen ist, der mit zwei Hilfsschaltern (6 und 7) gleichzeitig schaltbar ist, die einmal mit einem Hilfstransformator (19) und einmal mit der Sekundärseite je eines in der Ableitung der Dauerkontakte (3 und 4) liegenden Stromwandlers (22 oder 23) in einem Stromkreis liegen, wobei der eine Hilfsschalter (6) den Hilfstransformator (19) jeweils parallel zum aufschaltenden Dauerkontakt (z. B. 4), der andere Hilfsschalter (7) die Sekundärseite des Stromwandlers (z. B. 23) des aufschaltenden Dauerkontaktes (z. B. 4) an ein Steuergerät (30) für die Thyristoren (13,15) schaltet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransformator (19) zwei Sekundärwicklungen besitzt, die über je einen Gleichrichter (21,31) einmal an das Steuergerät (30) und einmal an den Löschkondensator (16) eine Gleichspannung legen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ableitung (Y) des Halbleitergerätes (H) eine Sicherung (18) geschaltet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsteller (S) und die Hilfsschalter (6 und 7) mittels einer gemeinsamen Schaltstange (8) gleichzeitig schaltbar sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleitergerät (H) in Reihe zum Lastthyristor (13) eine Sperrdrossel (14) und parallel zur Sperrdrossel (14) eine Diode (28) geschaltet ist, deren Kathode mit den Kathoden des Lastthyristors (13) und des Hilfsthyristors (15) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen