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Anordnung zur kurzschlußfesten Lastumschaltung bei einem Stufentransformator
Dip Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kurzschlußfesten Lastumschaltung
bei einem Stufentransformator, bei der die an einem beweglichen Wahlerkontakt angeschlossene
Reihenschaltung eines überbrückbaren Überschaltmittels unter eines mechanisch gesteuerten
Schaltgerätes durch einen ersten IJmsehalter wahlweise an einen der beiden Wählerkontakte
anschaltbar ist und bei der während einer Lastumschaltung die abgehende Lastleitung
durch einen zweiten Umschalter wahlweise an einen der beiden Pole des Schaltgerätes
anschaltbar ist.
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Die Schaltgeräte können z.B. Vakuumschaiter sein, die sich wgen ihrer
großen Schaltleistung besonders gut als Lastumschalter für Stufentransformatoren
egnen. Das ttberschaitmittel eines Lastumschalters bei Stufentransformatoren hat
die Aufgabe, den Ausglejchsstrom, der bei einem Umschaltvorgang dadurch zustande
kommt, daß Wicklungsanzapfungen mit unterschiedlichem Potential leitend verbunden
werden, auf bestimmte Werte zu begrenzen. Der Ablauf des Umschaltvorganges bringt
es jedoch mit sich, daß das Überschaltmittel für eine gewisse Zeit auch vom Laststrom
durchflossen wird. Da der Nennstrom üblicherweise höher als der Ausgleichsstrom
ist, muß das Überschaltmittel entsprechend der Größe des Nennlaststromes una der
Belastungsdauer dimensioniert werden. Auch kann ein Umschaltvorgang während eines
Kurzschlusses im Netz erfolgen oder während des Umschaltvoran ein Kurzschluß im
Netz auftreten. In diesen Fällen kann das Überschaltmittel durch den wesentlich
höheren Kurzschlußstrom beansprucht werden.
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m einen mit Vakuumschaltern ausgerüsteten kurzschlußfesten Lastumschalter
zu schaffen, ist schon vorgeschlagen worden, das Überschaltmittel während des Umschaltvorganges
zeitweise zu überbrücken,
um so dessen Einschaltdauer zu verkürzen.
Bei diesem Lastumschalter darf der trberbruckungsschalter erst nach der sicheren
Löschung des Lichtbogens am Hauptschalter eingeschaltet werden, da sonst ein Kurzschluß
zwischen den beiden Wick'-lungsanzapfungen auftritt. Das Überschaltmittel führt
während der relativ langen Zeit zwischen Löschen des Lichtbogens am Hauptschalter
und Schilejden des Übersückungsschalters den Laststrom und ist während dieser Zeit
dem evtl. auftretenden oder anstehenden äußeren Kurzschlußstrom ausgesetzt und muß
daher entsprechend groß ausgelegt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kurzschlu3festen, mit Vakuumschaitern
ausgerüsteten Lastumschalter zu schaffen, der weniger aufwendig ist und mit geringerem
Platzbedarf auskommt.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß das
Uberschaltmittel in zwei-ungleiche Teile unterteilt und der größere Teil überbrückbar
ist.
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Bei dem Lastumschalter nach der Erfindung kann der Jberbrückunschalter
schon vor der Löschung des llberstromlichtbogens am Ilauptschalter eingeschaltet
werden, da ein Teil des Überschaltmittels im Stromkreis verbleibt und einen. Kurzschluß
zwischen zwei Wicklungsanzapfungen verhindert. Nur dieser Teil des Überschaltmittels
muß für die volle Belastung durch den Kurzschlußstrom ausgelegt werden. Der überbrückbare
Teil dagegen kann wesentiich schwächer in seiner Belastbarkeit dimensioniert werden.
Der im Kurzschlußfall zwischen zwei Wlcklungsanzapfungen fiießenae Ausgleichsstrom
kann viel größer gewöhlt werden als der normale Ausgleichsstrom. Er kann z.B. die
Große des halben Kurzschlußstromes erreichen. Damit dieser große Ausgleichsstrom
beim Schalten unter Normalbedingungen nicht auI-treten kann und ein zu großer Abbrand
an den Schaltkontakten vermieden wird, ist es erforderlich, den Überbrückungsschalter
und den Hauptschalter so zu steuern, daß bei jeder Lastumschaitung zwischen dem
Öffnen des Hauptschalters bzw.Überbrückungsschalters und dem nachfolgenden Schließen
des Überbrückungsschalters bzw.Hauptschalters eine Zeit vergeht, die mit Sicherheit
gera(le gleich der maximalen Löschzeit des bei normalen Schaltbedingungen auftretenden
Schaltlichtbogens ist. Demnach
kann im Kurzschlußfall an dem geöffneten
Hauptschalter ein Lichtbogen noch brennen, wenn der Überbrückungsschalter bereits
schließt. Die Löschung des Lichtbogens wird jedoch wewesentlich erleichtert, wie
naChstehena noch ausgefUhrt wird. Der im Normalbetrieb mechanisch, insbesondere
über Nocken oder dgl.
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gesteuerte Uberbrückungsschalter kann außerdem noch zusätzlich über
einen vom Überstrom durchflossenen Stromwandler elektromagnetisch gesteuert werden.
Durch die zusätzliche eiektromagnetische Steuerung des Überbrückungsschalters wird
der überbrückbare Teil des Uberschaltmittels bereits bei einem zum Zeitpunkt der
Umschaltung anstehenden äußeren Kurzschluß kurzgeschlossen so daß der Kurzschlußstrom
in diesem Teil des Überschaltmittel nicht zum Fließen kommt. Tritt der äußere Kurzschluß
erst während des Umschaltvorganges auf, wird der Überbrückungsschlater sofort eingeschaltet
und somit die Zeit, in der der überbrückbare Teil des Uberschaltmittels vom Kurzschlußstrom
durchflossen wird, verkürzt.
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Bei zweckmäßiger Unterteilung des tiberschaltmittels wird durch das
Kurzschließen eines Teiles des Überschaltmittel im Kurzschlußfail der sich aus der
geometrischen Addition bzw. Subtraktion von Rurzschluß- und Ausgleichsstrom ergebende
resultierende Kurzschlußschaltsrom infolge der zueinander senkrechten Phasenlage
beider Teilströme nur wenig vergrößert Die am Hauptschalter auftretende Wiederkehrspannung
wird aber infolge des wesentlich verminderten Spannungsabfalles an dem im Strom
kreis verbliebenden Teil des Uberschaltmittels in viel starkerem Maße kleiner als
der resultierende Schaitstrom großer wird, so daß die dem Produkt von Schaltstrom
und Wiederkehrspannung entsprechende Schaltleistung bei einer tberbrückung des größten
Teiles des Überschaltmittels viel kleiner ist als bei voll eingeschaltetem Überschaltmittel.
Daher weist die Anordnung nach der Erfindung im Kurzschlußfalle eine hohe Schaltsicherheit
auf. Außerdem wird die größte Lichtbogendauer des Kurzschlußstromes wesentlich verkürzt.
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Der den Vberstrom erfassende Stromwandler wird vorteilhafterweise
80 angeordnet, daß er nur während des Umschaltvorganges vom Strom durchflossen ist.
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An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des
Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend die Schaltvorgange näher erläutert.
Es zeigt Fig.l eine Schaltungsanordnung des Lastumschalters, Fig.2 die zeitliche
Schaltstellungsfolge der Schaltglieder der in Fig.l dargestellten Schaltungsanordnung
für zwei aufeinanderfolgende Umschaitvorgänge.
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In Fig.I ist mit 1 ein Teil der Stuienwicklung eines Stufentransformators
bezeichnet. 2 und 5 stellen zwei Wicklungsanzaptungen dar, mit denen die beweglichen
Wählerkontakte 4 und 5 verbunden sind. Dlese sind wiederum an die festen Anschlußpole
a una bades ersten Umschalters h angeschlossen. Der bewegliche Anschlußpol c des
Umschalters 6 ist mit einem Anschlußpol des Hauptschalters 7 und mit dem festen
Anschlußpol d des Umschalters 8 verbunden. Von dem beweglichen Anschlußpol f des
Umschalters 8 geht die Lastleitung 9 ab. Der feste Anschlußpol e des Umschalters
8 ist mit einem Anschlußpol des Stromwanulers 10 verbunden, dessen anderer Anschlußpol
zu dem anueren Anschlußpol des Hauptschalters 7 und zu je einem Anschlußpol des
Uberschaltmittels 11 und des Überbruckungsschalters 12 führt, deren andere AnschlußpoZe
gemeinsam mit einem Anschlußpol des Überschaltmittels 13 verbunden sind. Der andere
Anschlußpol des Überschlatmittels 13 steht mit dem Wählerarm 5 und dem feston Kontakt
b des Umschalters 6 in Verbtnuung. Dei Strom wandler 10 steuert ein nicht näher
bezeichneten elektromagnetischen Auslöser des Überbrückungsscha ters 12.
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In der Fig.2 ist die zeitliche Folge der Schlatstellungen der Schaltglieder
für zwei aufeinanderfolgende Umschaltvorgänge von der Stufe n auf die Stufe n +
1 und von der Stufe n + 1 auf die Stufe (n 4 1) + 1 dargestellt. Mit g ist die Ub£rbrückungszeit
der festen Kontakte d und e des Umschalters 8 bezeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung
eines Umschaltvorganges von Stufe n auf Stufe n + 1 geben die in Klammern angeführten
romischen Zahlen die jeweilige Position im Schaltfolgediagramm der Fig.2 an.
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Bei der gezeigten Grundstellung der Schaltungsanordnung fließt der
Strom von der einen Wicklungsanzapfung 2 über den Wählerkontakt 4 und die beiden.
Umschaiter £ und 8 direkt zur Lastleitung 9. Zum Umschalten der Lastleitung 9 auf
die andere Wicklungsanzapfung 3 wird zuerst der Hauptschalter 7 geschlossen (1)
unu danach der Umschalter 8 in die andere Schaltstellung umgeschaltet (II) Der Umschalter
8 überbrückt beim Schalten kurzzeitig seine beiden festen Kontakte d und e, so daß
die Umschaltung unterbrechungslos erfolgt. In der neuen Schaitstellung des Umschalters
8 fließt der Strom über den Umschalter 6 den Hauptschalter 7, den Stromwandler 10
und den Umschalter 8 zur Lastleitutig 9. Steht zu diesem Umschaltzeitpunkt ein äußerer
Kurzschluß an, wird dieser von dem Strom wandler 10 erfaßt und der Uberbrückungsschalter
12 eingeschaltet, so daf? das Überschaltmittel 11 nicht durch den Kurzschlußstrom
beansprucht wird.
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Durch das Schließen des Hauptschalters 7 ist außerdem der Stromkreis
zwischen den Wicklungsanzapfungen 2 una 7 über die Uberschaltmittel 11 und 13 geschlossen,
wodurch ein Ausgleichsstrom fließen kann, dessen Größe durch den Potentialunterschied
zwischen den beinen Wicklungsanzapfungen und dem Widerstanuswert der Umschaltmittei
11 und 13 bestimmt wird, wobei im Kurzsch@ußfall das Überschaltmittel 11 überbrückt
ist. Der Umschalter 6 und der Hauptschalter 7 sinn fur einen Strom zu bemessen;
der gleich der geometrischen Summe oder Differeny, je nachdem, welche der belgien
Wicklungsanzapfungen 2 und 3 gegenüber der anderen das höhere Potential aufweist,
von Last- und Ausgleichsstrom ist.
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Durch das nachfolgende Öffnen des Hauptschalters 7 (III) wird der
Ausgleichsstrom unterbrochen und der Laststrom auf die Wicklungsanzapfung 3 geschaltet.
Der Laststrom fließt dabei von der Wicklungsanzapfung 7 über den Wählerkontakt 5,
die Überschaltmittel 11 und 1D, den Stromwandler 10 und den Umschalter 8 zur Lastleitung
9. Zur Entlastung des Überschaltmittels lt wird beim nächsten Schaltschritt der
tiberbrückungsschaltee 12 mechanisch geschlossen (IV). Das Überschaltmittel 11 wird
damit im Normalbetrieb nur fur die kurze Zeit zwischen
dem Öffnen
des Hauptschalters 7 und dem Schließen des Überbrückungsschalters 12 vom Laststrom
durchfiossen, wahren es bei einem anstehenden äußeren Kurzschluß stromfres bleibt.
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Tritt ein äußerer Kurzschluß erst nach dem Schaltschritt III auf,
so wird der Überbruckungsechaiter 12 durch den Stromwandler 1c) elektromagnetisch
betätigt und damit die Zeitspanne zwischen den Schaltschritten rii und IV verkürzt.
Dadurch wird die Zeit, für die das Überschaltmittel 11 von einem äußeren Kurzschlußstrom
durchflossen werden kann, erheblich herabgesetzt.
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Nach dem Schließen des Überbrückungsschlaters 12 wird der Umschalter
6 in seine andere Schaltstellung gebracht (V) und der Hauptschalter 7 wieder geschlossen
(VI). Nunmehr fließt der Strom von der Wicklungsanzapfung 3 über den Wählerkontakt
5, den Umschalter 6, den Hauptschalter 7, den Stromwandler 10 und den Umschalter
8 zur Lastleitung 9. Anschließend wird der Umschalter 8 wieder unterbrechungslos
von dem festen Anschlußpol e auf den festen Anschlußpol d geschaltet (VII). Damit
ist der Umschltvorgang von Stufe n auf Stufe n + 1 beendet. Der Hauptschalter 7
bleibt geschlossen, da der nächste Umschaltvorgang mit dem schließen dieses Schalters
beginnt. Durch die Einsparung des einen Schaltschrittes wird eine höhere mechanische
Lebensdauer des Schalters erreicht.
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Der Schaltablauf des zweiten, auf die dargestellte Grunasteilung folgenden
Umschaltvorganges von Stufe n t 1 nach Stufe fe (n + 1) t 1 vollzieht sich in umgekehrter
Reihenfolge und mit umgekehrter Wirkung entsprechend der folgenden mabelle: Schaltfolge
VII Umschalter 8 schaltet um VI Hauptschalter 7 öffnet V Umschalter 6 schaltet um
IV Überbrückungsschalter 12 öffnet III Hauptschalter.7 schließt II Umschalter 8
schaltet um I Hauptschalter 7 öffnet
flach Ablauf dieser Schaltfolge
ist wieder die dargestcllte Grundstellung erreicht.
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Aus dem Obigen ist erkennbar, daß das Übnerschaltmittel 11 nur kurzzeitig
von dem Laststrom durchflossen wird und von einem äußeren Kurzschluß, der schon
vor dem Umschaltvorgang ansteht oder während desseiben auftritt, entweder überhaupt
nicht oder nur kurzzeitig beansprucht werden kann. Das Überschaltmittel 11 kann
demnach schwächer dimensioniert sein als das Uberschaltmittel 13, welches länger
vom Last- bzw.Kurzschlußstrom durchflossen wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich bei allen Lastumschaltet
mit tibersehaltmitteln verwenden, mit besonderem Vorteil bei Lastumschaltern, die
mit vier Vakuumschaltern ausgerüstet sind und die wegen des Fortfalles der Umsteller
e.nF besonders kurze Umschaltzeit haben.
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7 Patentansprüche 2 Figuren