DE2166929A1

DE2166929A1 - Schaltungsanordnung zur umschaltung eines stufentransformators mit je 2 haupt- und hilfskontaktpaaren

Info

Publication number: DE2166929A1
Application number: DE19712166929
Authority: DE
Inventors: Egil Henriksen
Original assignee: National Industri AS
Current assignee: National Industri AS
Priority date: 1970-04-30
Filing date: 1971-04-27
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DK126406B; NO122851B; GB1300860A; DE2120679C3; DE2120679B2; DE2120679A1; FR2090942A5; SE367273B

Description

Anmelder: A/S National Industri
Jacob Borchsgate 6,

3000 Urammen / Norwegen

Schaltungsanordnung zur Umschaltung eines Stufentransformator s mit je 2 Haupt- und Hilfskontaktpaaren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß
der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DL-PS 71 161 bekannt.

Bei der Umschaltung des Stufentransformators werden Lichtbogen
gezogen, die bei einer hohen Schalthäufigkeit, wie sie sich im
Falle einer feinen Spannungsregelung ergibt, zu einem erheblichen Abbrand der Kontakte führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Belastung der Kontakte wesentlich zu verringern und auch bei Auftreten eines Stufenkurzschlusses die weitere Regelung nicht zu unterbrechen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs

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angegebenen Maßnahmen.

Es ist an sich aus der Zeitschrift "Die Lokomotivtechnik" 1967, S.75 bis 84, bekannt, jeweils auf einer Seite des Lastumschalters den betreffenden Haupt- und Hilfskontakt durch die Reihenschaltung einer Thyristoranordnung und einer Sicherung zu verbinden, wobei parallel zu jeder Sicherung die Reihenschaltung eines Strombegrenzungswiderstandes und der Primärwicklung eines Stromwandlers liegt. Die Thyristoranordnungen werden dabei synchron zum Umschaltvorgang des Lastumschalters gesteuert. Hierdurch wird erreicht, daß die Kontakttrennung bei einem unbedeutenden Spannungsgefälle zwischen Haupt- und Hilfskontakt erfolgt, so daß die Kontakte ™ weitgehend geschont werden. Bei dieser Schaltung fließt im Störungsfall, d.h. beim Durchbrennen einer Sicherung, über den Stromwandler ein entsprechend hoher Strom, der zur Auslösung einer Schutzschaltung führt, die den Transformator abschaltet. Damit wird die Stromversorgung der angeschlossenen Anlage unterbrochen, was in vielen Fällen wirtschaftlich untragbar ist.

Zur Beseitigung dieses entscheidenden Mangels wurde in der eingangs erwähnten DL-PS 71 161 bereits ein Lastumschiter vorgeschlagen, der den aus der Zeitschrift "Die Lokomotivtechnik" bekannten Lastumschalter dahingehend verbessert, daß der Lastumschalter trotz Durchbrennen einer Sicherung im Prinzip betriebsbereit bleibt, wobei der Lastumschalter in einer Stellung blockiert wird, in der der die ausgelöste Sicherung enthaltende Zweig abgeschaltet ist, der andere Zweig jedoch in der erreichten Stellung bis zum Auswechseln der defekten Sicherung stehenbleibt. Der Schöpfer der aus der DL-PS 71 161 bekannten Schaltung ging dabei gemäß den Ausführungen in dieser Patentschrift von der Überlegung aus, daß die Auslegung der in Reihe zu den Thyristoranordnungen liegenden Strombegrenzungswiderstände Schwierigkeiten bereitet, da diese Widerstände für die möglichen Kurzschlußfälle Lastkurzschluß und Stufenkurzschluß auszulegen seien, wobei die relativ lange Zeit von der Anregung der Abschaltung bis zur Trennung des Transformators

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vom Netz eine längere Belastung der Strombegrenzungswiderstände bewirke. Konkret läuft dann die Lösung gemäß der DL-PS 71 161 darauf hinaus, durch eine stromrichtungsabhängige FehlerStromerfassung das Durchbrennen einer Sicherung zu signalisieren und daraufhin mittels besonderer Stellglieder den Lastumschalter einmal fortzuschalten und in der damit erreichten Lage zu blockieren.

Mit dieser letzteren Schaltung wird zwar das Ziel erreicht, den Lastumschalter trotz Auftretens eines Fehlers betriebsbereit zu halten, wozu jedoch zwecks Vermeidung der als gefährlich angesehenen Belastung der Strombegrenzungswiderstände im Falle des Durchbrennens einer Sicherung bei einem Umschaltevorgang das Fließen eines Überstromes auf diesen einen Umschaltevorgang begrenzt w±d, woraufhin dem Lastumschalter wegen seiner anschließenden Blockierung die Fähigkeit zur weiteren Regelung genommen v/ird.

Auch diese technische Lösung ist für viele Betriebsfälle nicht hinnehmbar, da hierbei erhebliche Schaden in der angeschlossenen Last auftreten können, die wirtschaftlich nicht vertretbar sind.

Die Erfindung zeigt, daß es über die Vermeidung der Abschaltung des Transformators hinaus auch möglich ist, die Regelung im Falle des Durchbrennens einer Sicherung weiterhin aufrechtzuerhalten, so daß also der Fehler, abgesehen von einer Fehlermeldung, für die angeschlossene Last überhaupt nicht in Erscheinung tritt. Dieses entscheidend wichtige Ziel wird durch die überraschend einfache Maßnahme erreicht, daß für den Fall des Ansprechens der Sicherungen die parallel zu den Sicherungen liegenden Widerstände allein in die Lage versetzi^als Schutzeinrichtung gegen Fehlströme zu dienen, so daß also weitere Maßnahmen gar nicht erforderlich sind. Die Erfindung geht dabei von der bei den bekannten Lastumschaltern völlig übersehenen Tatsache aus, daß die Belastungen der Widerstände nur jeweils kurzzeitig auftreten, nämlich für Bruchteile einer Sekunde, wogegen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschaltevorgängen wesentlich

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größere Zeiträume, normalerweise,mehrere Sekunden liegen. Die Dinensionierung der Widerstände unterliegt damit Bedingungen, die viel leichter beherrscht werden können, als man es gemö.ß dem Stand der Technik angenommen hatte. Dementsprechend sind die Widerstände so dimensioniert, daß sie nach Ansprechen der Sicherungen während der folgenden Umschaltevorgänge mit dem dabei fließenden Strom belastbar sind.

Während die Sicherung somit zum Unterbrechen des Kurzschluß stromes dient, hat der Überbrückungswiderstand eine doppelte Aufgabe. Erstens macht er es möglich, eine Sicherung zu benutzen, die nur für die Stufenspannung bemessen ist, indem er die rückkehrende Spannung nach Durchbrennen der Sicherung begrenzt, so daß diese nicht einem dauernden Überschlag ausgesetzt und gesprengt wird. Zweitens macht es der Widerstand möglich, nach Unterbrechung in der Sicherung den Betrieb ungeändert ohne Abbruch in der Spannungsregelung fortzusetzen, indem er dann als ein herkömmlicher Strombegrenzungswiderstand wirken wird, bis die Sicherung ausgewechselt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels nj/her erläutert. Als Beispiel ist ein Lastschalter mit einem normalen Lastumschalter benutzt, der in sogenannter Wimpelschaltung ausgeführt und dazu bestimmt ist, in Verbindung mit einer Stufenspannung von der Größenordnung 0,4 % benutzt zu werden und sich für Gleich riehtcrtransformatoren mit einer hohen Stufenzahl, beispielsweise im Bereiche 150 bis 250, eignen kann.

Fig. 1 zeigt zum Vergleich einen Lastschalter mit Lastumschalter in Wimpelschaltung in herkömmlicher Ausführung,

Fig. 2 zeigt einen Lastschalter entsprechender Ausführung, jedoch mit elektronischen Ventilanordnungen versehen und entsprechend der Erfindung gesichert.

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Fig. 3 zeigt Kurven aus Oszillogrammaufnahmen, welche die Wirkungsweise des Lastschalters nach Fig. 2 während einer Umschaltung veranschaulichen.

In Fig. 1 bezeichnet T_„ die geregelte Transformatorwicklung mit Spannungsabgriffen und wähler, F den Verbraucher, Hl und die Hauptkontakte des Lastumschalters und Ml und M2 dessen Hilf skontakte, während H3 und R4 Ni dor st Linde bezeichnen, die zwischen Haupt- und Hilfskontakt beiderseits des Lastumschalters eingesetzt sind und dazu dienen, die Zirkulationsströme während der Umschaltung zu Toe schranken.

Der Verlauf der Stutenuraschaltung bei einem Lastschalter dieser Äusrühruny spielt sich wie folgt ab:

Auf der stromlosen Seite des v/ählers (rechts in der Zeichnung) wird der ΐiahlerkontakt auf den nächsten höheren oder niedrigeren Abgriff gestellt, je nachdem was erwünscht ist, und die (nicht dargestexlte) Betätigungseinrichtung des Lastumschalters wird in Gang gesetzt:.

Hilfskontakt M2 wird geschxossen, so daß über H2 und M2 Stufenspannung aufgedrückt wird und ein Sirltulationsstrom im widerstand R4 fließ-c. Hauptkontakt Hi öfrnet, und durch R3 und R4 wird ein Strom getrieben, de.L durch die vektorielle Summe von Zirkulationsstrom und Laststrom bestimmt ist. Hauptkontakt H2 wird geschlossen, der Laststrom fließt über H2, und es entsteht ein Zirkuiarionsstrom in R3. Hilfskontakt Ml Öffnet, der Zirkulationsstrom wild unterbrochen, una der Schaxtvoxgang ist beendet. Hjßsamte Umschairungszext mag etvra 50 ms oetragen. Eine Hinüjjerschaltung in entgegtoiyesetzter Rich tuny exfolgt selbstverständlich in entsprechender Weise.

In der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 2 ist der Last-

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schalter nach Fig. 1 mit den folgenden Bestandteilen ergänzt; In die Stromkreise zwischen Haupt- und Hilfskontakt beiderseits des Lastumschalter.^ ist eine aus zwei Thyristoren Ql, Q2, bzw. Ω3, Q4 in Antiparallelschaltung bestehende elektronische Ventilanordnung eingesetzt. Diese werden von einer elektronischen Steuereinheit St gesteuert, die nicht näher beschrieben wird, da sie nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und solche Steuereinheiten für entsprechende Zwecke bekannt sind und ihr Aufbau irr. einseinen den gegebenen Verhältnissen in Einzelfall anzupassen sein v/ird. Von Interesse im vorliegenden Zusammenhang ist, daß sie dazu imstande ist, Steuerspannung an die Thyristoren zu liefern, so daß der in Durchflußrichtung beaufschlagte Thyristor bis zum Schluß der Halbperiode leitend wirkt, und daß die Steuerung der Steuereinheit vom Schaltzustand des Lastumschalters funktionell abhängig ist, indem sie ihre Leistung von Kraftversorgungseinheiten Pl und P2 erhalt, die von Gpannungsgef Lille zwischen Haupt- und Hilf skontakt beiderseits des Lastumschalter gesteuert sind. Gemäß der Erfindung sind nun diese Antiparallelschaltungen jeweils mit einer Sicherung Sl bzw. S2 in Parallelschaltung raifc einem Widerstand R3 bzw. R4 in Reihe geschaltet, der wie die entsprechend bezeichneten Widerstände in Fig. 1 bemessen sein kann. Schließlich sind mit Rücksicht auf die dynamische Charakteristik der Thyristoren die Ventilanordnungen mit Kommutierungskreisen ergänzt, die von RC-Gliedern Rl, Cl bzw. R2, C2 unmittelbar zwischen Haupt- und Hilfskontakt und einer Induktivität Ll bzw. L2 in Reihe mit der Antiparallelschaltung gebildet werden, sowie außerdem mit einem RC-Glied R5, C3 bzw. R6, C4 unmittelbar über die Antiparallelschaltung von Thyristoren.

Die Wirkungsweise beim 'übergang von Hauptkontakt Ml zum Hauptkontakt H2 ist wie folgt:

Hilfskontakt M2 wird geschlossen. Die Versorgungseinheit P2 erhält Spannung, wodurch die Steuereinheit St Steuerspannung an die Thyristoren Q3 und Q4 liefern wird. Gleichzeitig schließt

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die Steuereinheit die Zündkreise der Thyristoren Ql und 02, so daß diese für Stromleitung bereit v/erden. Die Zündkreise der Thyristoren Q3 und Q4 werden ebenfalls geschlossen, jedoch kann die Zündung nicht erfolgen, ehe die Spannung über diese Thyristoren einen bestimmten Wert überschreitet, der größer als der Amplitudenwert der Stufenspannung ist.

Hauptkontakt Hl öffnet, und die Thyristoren Ql und Q2 übernehmen den Strom. Die Steuereinheit sorgt dafür, daß der Zündkreis eines Thyristors, sobald dieser gezündet ist, gesperrt wird, so daß der Thyristor nicht erneut zünden kann. Wenn der Strom durch die Thyristoren einen gewissen X'iert, von der Größenordnung 0, 03- A, unterschreitet, gehen sie selbsttätig in gesperrten Zustand über. Nach einer gewissen Zeit von etwa 10 ms bis etwa 20 ms, die davon abhängig ist, wann in bezug auf das elektrische System der Hauptkontakt öffnet, wird der Stromweg von Hl zu Ml daher gesperrt. Die Spannung über die Thyristoren Q3 und Q4 steigt. Derjenige Thyristor, dessen Durchlaßrichtung der Richtung entspricht, die der Strom anzunehmen sucht, wird gezündet, und der Strom istjauf die rechte Seite hinübergeführt. Die Kommutierung ist beendet, und Hauptkontakt H2 kann geschlossen v/erden. Die Zeit vom Öffnen von Hl bis zum Schließen von H2 mag 25 ms betragen, was einen genügenden Margin für die Zusammenarbeit des elektrischen und des mechanischen Systems gewährleistet.

Hauptkontakt H2 wird geschlossen, und die Thyristoren Q3 und Q4 werden entlastet. Der Strom geht jetzt von der Regelwicklung über H2 an die Belastung F. Der Hilfskontakt Ml öffnet, und die Kraftversorgungseinheit Pl und die Thyristoren Ql und Q2 werden spannungslos.

Der Verlauf ist in Fig. 3 veranschaulicht, die Oszillogrammaufnahmen von einer Überschaltung in einem Lastschalter der dargestellten Ausführung mit Stufenspannung 150 V, Belastung

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240 A und Leistungsfaktor 0 zeigt- In der Figur bezeichnen:

A Spannung zwischen Kontakten Hl und Ml, B " " " H2 und M2, C Strom ϋχιχα: '.'.':<γ.·-j ^:;^;.ο.α-η ^l unci \)2, D " " " Q3 und Q4, Zum Zeitpunkt ti v/ird M2 geschlossen. " " t2 öffnet Hl,

" " t3 erfolgt Kommutierung, ¹¹ " t4 wird H2 geschlossen, ¹¹ " t5 wird Ml geöffnet.

Wie es aus dem Obigen hervorgeht, sind die elektronische Steuereinheit und die Thyristoren nur während des eigentlichen Überschaltungsvorganges eingeschaltet. In unverändertem Betriebszustand wird der Strom über die mechanischen Kontakte geführt. Wenn die Thyristoren nur während 10 ms Strom leiten, können sie wegen ihres sehr guten Überlastungsvermögens in so kurzen Zeiträumen verhältnismäßig große Stromstärken meistern.

Sollte nun irgendeine Unregelmäßigkeit eintreten, wodurch die Thyristoren auf'beiden Seiten gleichzeitig leitend werden, ist es ersichtlich, daß dies zu Stufenkurzschluß führen würde. Dies wird, gemäß der Erfindung mittels der Sicherungen Sl und S2 und der Widerstände R3 und R4 vermieden, indem die Sicherungen den Zirkulationsstrom begrenzen und selbsttätig den thyristorgesteuerten Lastumschalter in einen herkömmlichen Lastumschalter umwandeln werden. Der Lastschalter kann weiter arbeiten, so daß die Spannungsregelung ungestört erfolgt und die Auswechslung von Sicherungen und eine etwaige Revision zu einem geeigneten Zeitpunkt vorgenommen v/erden können. Die Sicherungen können zweckmäßig mit Meldevorrichtungen ausgerüstet sein, so daß ihr Zustand leicht zu überwachen ist.

Unter möglichen Abweichungen von der dargestellten Ausführung

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kann erwähnt werden, daß die Sicherungseinrichtung gemäß der Erfindung natürlich auch für Lastschalter anderer Bauart als der dargestellten verwendet werden kann und also nicht auf Lastumschalter in der besonderen beschriebenen Wimpelschaltung beschränkt ist, und daß man anstatt der dargestellten Antiparallelschaltungen von Thyristoren auch andere Formen für elektronische Ventilanordnungen mit entsprechender Funktion, beispielsweise für solche der Triac-Bauart, verwenden kann.

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Claims

Neuer Patentanspruch

Schaltungsanordnung tux Umschaltung «In·· Stufentransformator* ait je swei Haupt- and äilfskontaktpaaren, wobei jeweils ein Uauptkontakt ein·* äauptkontaXtpaares Über einen xug«ordn«t«n Hählkontakt ait dm An*ohlü···» von Tr&n*f ormatorstuf mn verbindbvc und d«r ander· Hauptkontakt Mit einem gemeinsamen Laotansohlud verbanden i«t, die fiilfskontaktpaare jeveile in Reihe ait einer in beiden ätrourichtungen leitfShigen, gesteuerten Ventilanordnung und einer Sicherung liegen» diese Reihenschaltungen jeweils eines Hauptkontaktpaar parallel geschaltet sind und parallel «u den Sicherungen Widers Winde geschaltet sind, |i dadurch «jakfefmaeiahoat, das für des Fall des Ansprechens der Sicherungen (S^, S₂) nur die Widerstünde (R₃, R^) als Schut«- einrichtung gegen Fehlstrdme vorgesehen sind und daß diese Widerstände hinsichtlieh ihrer sulässlgen Leistungsaufnahme so bemessen sind, daß sie nach Ansprechen der Sicherungen während der folgenden unschaltevcrgäng« ralt dem dabei fließenden Strom belastbar sind.

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