DE3223892A1

DE3223892A1 - Anordnung zur lastumschaltung von stufentransformatoren mit antiparallel geschalteten thyristoren

Info

Publication number: DE3223892A1
Application number: DE19823223892
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. Kugler (FH), 8411 Hainsacker; Hans-Henning Dipl.-Ing. 8409 Tegernheim Lessmann-Mieske; Franz Dipl.-Ing. Wein (FH), 8411 Beratzhausen
Original assignee: MASCHINENFABRIK REINHAUSEN Gebr SCHEUBECK GMBH & CO KG; Maschinenfabrik Reinhausen Gebr Scheubeck & Co Kg 8400 Regensburg GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority date: 1982-06-26
Filing date: 1982-06-26
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3223892C2; US4550285A; FR2529408A1; FR2529408B1; JPS596510A; JPH0259606B2

Description

Maschinenfabrik Reinhausen Regensburg, den 24.6.82 Gebrüder Scheubeck GmbH & Co KG 270Ma/Gl

Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit antiparallel geschalteten Thyristoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher bezeichnet ist.

Bei diesen Schaltanordnungen zur Lastumschaltung besteht eine Schwierigkeit darin, daß die an einer Stufe der Stufenwikclung im Betrieb auftretenden Stoßspannungen die sperrenden Thyristoren beanspruchen. Da eine hohe zulässige Spitzensperrspannung der Thyristoren sich sehr stark im Preis der Thyristoren auswirkt und oderhalb gewisser Grenzen nur noch durch aufwendige Reihenschaltungen realisiert werden kann, wird eine Reduzierung der an den Thyristoren auftretenden Stoßbeanspruchungen angestrebt. Der übliche Weg, durch Parallelschaltung von Varistoren ein Betriebsmittel spannungsmäßig zu entlasten, ist im Fall von Thyristoren nicht gangbar, weil auf Grund der Varistorkennlinie die an der Parallelschaltung von Varistor und Thyristor sich aufbauende Spannung zunächst steil ansteigt, bevor bei höheren Momentanwerten der Spannung die begrenzende Wirkung des Varistors eintritt. Das hohe du/dt beim Spannungsanstieg ist jedoch in der Lage, die Thyristoren zu zünden, ohne daß Zündimpulse am Gate anlegen, und sie dadurch zu zerstören.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Schaltanordnung zur Lastumschaltung in Bezug auf ihre Empfindlichkeit gegen Stoßspannungsbeanspruchung zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen

des Patentanspruches l angegebenen Mittel gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß bei ausreichender Größe ein Kondensator grundsätzlich geeignet ist, sowohl den Spannungsanstieg als auch die absolute Höhe kurzer Spannungsimpulse zu begrenzen. Es wird deshalb in vorteilhafter Weise der ohnehin in den beiden Kommutierungskreisen der Schaltanordnung zur Lastumschaltung jeweils vorhandene Kommutierungskondensator zusätzlich zu seiner Kommutierungsaufgabe in einer zweiten Funktion als Schutz- und Begrenzungskondens ator für Stoßspannungen eingesetzt.

Die Erfindung geht hierbei von folgender Überlegung aus: Um bei der Lastumschaltung eine einwandfreie Kommutierung des Laststromes ohne unzulässig hohe Stromspitzen in den Thyristoren durchführen zu können, benötigt der Kondensator in Reihe geschaltete Dämpfungselemente, sowohl ohmscher wie auch induktiver Art. Andererseits bewirken diese Dämpfungselemente die völlige Unwirksamkeit des Kondensators in Bezug auf den Schutz gegen Stoßspannungen. Da nun die Dämpfungselemente nur für die in sehr kurzer Zeit ablaufende

Umschaltung zwischen zwei Anzapfstufen erforderlich sind, andererseits die Schutzwirkung des Kondensators gegen Stoß-Spannungen für die weitaus überwiegende Zeit, nämlich dann wenn die Schaltanordnung in einer ihrer Betriebsstellungen steht, benötigt wird, lassen sich Kommutierungs- und Schutzfunktion des Kondensators zeitlich trennen. Es ist also möglich, in der Schutzphase die Dämpfungselemente durch einen Kontakt kurzzuschließen, während in der Kommutierungsphase durch Öffnen desselben Kontaktes die Dämpfungselemente wirksam werden.

In besonders vorteilhafter Weise wird in Weiterführung der Erfindung den Dämpfungselementen beider Thyristorpaare

je ein Relais zugeordnet, wobei die beiden Relais über je eine Zenerdiode in Reihe zwischen den beiden Anzapfungen liegen und ein no"kenbetätigter Steuerkontakt die Mitte dieser Reihenschaltung beider Relais mit der gemeinsamen Ableitung verbindet. Die beiden Relais sind hierbei so geschaltet, daß jeweils nur das Relais der sperrenden Seite an Stufenspannung liegt und anziehen kann. Die jeweils leitende Seite benötigt keinen Überspannungsschutz, da die Stoßströme direkt über die leitenden Thyristoren zum Sternpunkt abfließen können. Die beiden mit den Relais in Reihe liegenden Zenerdioden bewirken einen zusätzlichen Spannungsabfall im Relaiskreis und sind so dimensioniert, daß trotz ständig anliegender Stufenspannung an der Reihenschaltung der beiden Relais ein sicheres Abfallen des angezogenen Relais beim Öffnen des nockenbetätigten Steuerkontaktes gewährleistet ist. Der nockenbetätigte Steuerkontakt, der unmittelbar vor Beginn des Umschaltvorganges das Abfallen des Relais der bis dahin sperrenden Seite einleitet, kann hierbei Bestandteil der ohnehin für die Zündung der Thyristoren erforderlichen Steuerkontakte sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der zugehörigen Schaltbilder nachstehend näher erläutert. Hierbei zeigen

Figur 1 die Schaltanordnung im stationären Zustand und

Figur 2 dieselbe Schaltanordnung im Moment des Umschaltens

Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht die Schaltanordnung im wesentlichen aus zwei gleichartigen Stromkreisen I, II, die zwischen je einer Anzapfstufe A, B, einer Stufenwicklung W und einer gemeinsamen Ableitung Y liegen. Jeder Stromkreis I, II enthält je ein paar anti-

parallel geschalteter Thyristoren T₁ bzw. T₀ und parallel zu diesen Thyristoren T₁ und T₂ liegt je ein Kommutierungszweig, der einen Kondensator C₁ bzw. C₂ mit in Reihe liegenden ohmschen und induktiven Dämpfungselementen R₁ und L₁ bzw. R₂ und L₂ enthält. Hierbei sind die Dämpfungselemente mittels je eines Kontaktes K₁ bzw. K₂, die zu je einem Relais D-. bzw. D₂ gehören, überbrückbar. Die beiden Relais D₁, D₂ liegen über je eine Zenerdiode Z₁ bzw. Z₂ in Reihe zwischen den Anzapfstufen A und B, und die Mitte M dieser Reihenschaltung ist über einen nockenbetätigten Steuerkontakt K mit der gemeinsamen Ableitung Y verbunden. Jedem Thyristorpaar T₁, Τ« ist noch eine Drossel D vorgeschaltet, die der besseren Einhaltung der dynamischen Werte der Thyristören dient.

Die Funktion ist folgende: Figur 1 zeigt zunächst den stationären Zustand, in welchem die Anzapfstufe A mit der Ableitung Y verbunden und der Steuerkontakt K geschlossen ist. Das bedeutet, daß die Thyristoren T₁ leitend sind und daß zwischen der Anzapfstufe A und der Ableitung Y keine nennenswerte Spannungsdifferenz besteht. Demzufolge ist im Stromkreis I das Relais D₁ nicht erregt, und der Kontakt K- ist geöffnet. Im Stromkreis II hingegen, befinden sich die Thyristoren T₂ im sperrenden Zustand. Es liegt also Stufenspannung zwischen der Anzapfstufe B und der Ableitung Y. Diese Spannung beaufschlagt über die Zenerdiode Z₀ auch das Relais D₀, so daß der Kontakt K₂ geschlossen ist. Die Dämpfungselemente R₂ und L₂ des Stromkreises II sind also überbrückt, wodurch der Kondensator C₂ als Schutz gegen Stoßspannungen, die möglicherweise an den sperrenden Thyristoren T₀ auftreten könnten, wirksam wird. Wird nun auf Grund einer üblichen nicht näher erläuterten Steueranordnung der Befehl zur Lastumschaltung geben, so wird kurz bevor die Thyristoren T₂ Zündimpulse

erhalten, der nockenbetätigte Steuerkontakt K geöffnet, so daß das Relais D₀ abfällt und der Kontakt Kp öffnet. Hierdurch wird der Kondensator C„ als Kommutierungskondensator wirksam (vergleiche Figur 2). Die beiden mit den Relais D₁, D„ in Reihe liegenden Zenerdioden Z₁, Z₀ bewirken bei geöffneten Steuerkontakt K einen zusätzlichen Spannungsabfall im Relaiskreis und sind so dimensioniert, daß trotz ständig anliegender Stufenspannung an der Reihenschaltung der beiden Relais ein sicheres Abfallen des jeweils angezogenen Relais beim Öffnen des nockenbetätigten Steuerkontaktes K gewährleistet ist. Unmittelbar nach vollzogener Stromkommutierung auf die Thyristoren T„ schließt der nockenbetätigte Steuerkontakt K , wodurch nun das Relais D₁ erregt wird, und der Kondensator C-, infolge der Überbrückung seiner Dämpfungselemente R₁ und L₁ die Schutzfunktion für die nun sperrenden Thyristoren T₁ gegen Stoßspannungsbeanspruchung übernimmt.

Es ist klar, daß bei dieser Schaltanordnung im Moment der Lastumschaltung die Funktion des Schutzes gegen Stoßspannungen aufgehoben ist. Dies kann jedoch ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sich der Umschalt-Vorgang von einer Anzapfstufe A auf die andere B in einer sehr kurzen Zeitspanne abspielt.

Claims

Patentansprüche

Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen, wobei parallel zu jedem Thyristorpaar ein Kommutierungskondensator mit in Reihe liegenden Dämpfungswiderständen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswiderstände (z.B. L₂, R₂) des nichtstromführenden Stromkreises (z.B. II) im stationären Zustand mittels eines Kontaktes (z.B. K₂) überbrückt sind und daß dieser Kontakt während des Umschaltvorganges geöffnet ist.
2. Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Dämpfungswiderständen (L₁, R₁, Lg, R₂) beider.Thyristorpaare ( T₁, T₂) je ein Relais (D₁, D₃) zugeordnet ist, wobei die beiden Relais über je eine Zenerdiode (Z₁,

Zn) in Reihe zwischen den beiden Anzapfungen (A, B) liegen und ein nockenbetätigter Steuerkontakt (K_Q) die Mitte (M) dieser Reihenschaltung beider Relais mit der gemeinsamen Ableitung (Y) verbindet.