DE3304851C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für Lastum­ schalter von Stufenschaltern gemäß Oberbegriff des Patentan­ spruches.

Derartige Schaltanordnungen sind bekannt: DE-OS 21 20 679. Hierbei geht man von einem mechanisch arbeitenden Lastumschalter aus, bei dem zur Verminderung der Beanspruchung durch Lichtbögen anti­ parallel geschaltete Thyristoren vorgesehen sind. Die Schwierigkeit bei einer derartigen Schaltanordnung liegt in einer sehr aufwendigen Steuerelektronik mit Synchronisierungsmechanik.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die eingangs genannte Schaltan­ ordnung eine einfache Möglichkeit für das Ansteuern der antiparallelen Thyristoren anzugeben, um so die bisher übliche aufwendige Steuer­ elektronik vermeiden zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Mittel gelöst.

Zwar ist es aus der DE-OS 26 47 302 für einfache Wechselstromschalter bekannt, zur Zündung antiparallel geschalteter Thyristoren an sich deren Steueranschlüsse durch eine mittels eines Steuerschalters einschaltbare Widerstandsbrücke zu verbinden, dies gibt jedoch für die Lösung der Aufgabe keine Anregung, da bei Stufenschaltern die Zündung der in den beiden Lastzweigen jeweils angeordneten Thyristoren­ paare zu genau definierten Zeitpunkten innerhalb des Ablaufes der gesamten Lastumschaltung erfolgen muß, während bei einfachen Wechsel­ stromschaltern, die lediglich einen Kreis ein- oder ausschalten, die Betätigung des Steuerschalters natürlich unkritisch ist und zu einem beliebigen Zeitpunkt, auch manuell, erfolgen kann.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil stellt sich wie folgt dar:
Die steuerbaren Halbleiter, die in Serie mit dem Überschaltwiderstand geschaltet sind, werden bei einer Lastumschaltung von der einen zur anderen Anzapfstufe nicht mit Freiwerdezeit beansprucht. Der Zünd­ zeitpunkt für die Thyristoren muß - soweit die im Zündzeitpunkt an den Halbleitern auftretende Spannung bzw. Spannungsanstiegssteilheit sich unter den zulässigen Werten des Halbleiters befindet, nicht unbedingt bereits im Nulldurchgang von Strom bzw. Spannung erfolgen. Es können also langsame Netzthyristoren Verwendung finden. Diese sind gegenüber den Thyristoren mit kurzen Freiwerdezeiten, die zusätzliche große und teuere Kommutierungskondensatoren erfordern, von erheblichem Vorteil. Durch die neue Schaltanordnung entfallen vor allem die Platzprobleme, die sich sonst bei der Verwendung von Thyristoren für Lastumschalter von Stufenschaltern ergeben. So ent­ fallen die Stromversorgungen für die Elektronik wie auch die Steuer­ elektronik selbst und die zugehörigen Zündübertrager. Insbesondere bei höheren Stufenspannungen und größeren Leistungen ist es schwierig, die übliche Steuerelektronik mit Versorgung und Zünd­ übertrager anzuwenden bzw. unterzubringen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die relativ hohe Umgebungstemperatur, wie sie insbesondere durch das heiße Öl eines Transformators gegeben ist, kaum eine Rolle spielt, daß die Thyristoren nur kurzzeitig vom Strom durchflossen werden und so mit einem Vielfachen ihres Dauerstromes beansprucht werden können. Die Schaltanordnung kann also ohne weiteres unter Öl im Lastumschaltergefäß untergebracht werden. Insbesondere gibt es dabei keine Temperaturprobleme mit der Steuerung, da diese nur aus passiven Elementen besteht, deren Temperaturgang und Temperaturempfindlichkeit vernachlässigbar sind. Hierbei ist auch wesentlich, daß die Thyristoren durch den Laststrom selbst gezündet werden, daß sie also in keinem Fall die Energie von dem nichtlaststromführenden Lastzweig zum Schalten benötigen.

Die neue Schaltanordnung läßt sich insbesondere da anwenden, wo mechanisch arbeitende Lastumschalter in Fahnen-Wimpel-Schaltung durch einfache Änderungen zu kontaktabbrandfreien Thyristor- Lastumschaltern umgebaut werden sollen. Mechanisch arbeitende Lastumschalter in Fahnenschaltung haben beim Einfügen eines Thyristorschaltelements zwar nach wie vor eine relativ hohe Kommutierungsspannung, die eigentliche Lastumschaltung erfolgt aber lichtbogenfrei.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltanordnung im Schaltbild,

Fig. 2 ein Diagramm des Schaltablaufs,

Fig. 3 ein Diagramm der Stromführung.

Gemäß Fig. 1 besteht jeder Lastzweig I bzw. II, der an zwei Anzapf­ stufen 1, 2 eines Stufentransformators angeschlossenen Umschalt­ anordnung aus einer Reihenschaltung eines Überschaltwiderstandes 31 bzw. 32 eines Trennkontaktes HK1 bzw. HK2 sowie eines Thyristor­ paares T1 bzw. T2 in Antiparallelschaltung, wobei parallel zu dieser Reihenschaltung ein für die Dauerstromführung bestimmter Haupt­ kontakt DK1 bzw. DK2 vorgesehen ist. Mit Y ist die den beiden Lastzweigen I, II gemeinsame Lastableitung bezeichnet. Die Steuer­ anschlüsse S11, S12 bzw. S21, S22 der beiden Thyristoren T11, T12 bzw. T21, T22 jedes Thyristorpaares sind über einen Steuerwiderstand R1 bzw. R2 und über einen Steuerschalter SK1 bzw. SK2 miteinander verbindbar, wodurch die Zündung der Thyristoren T11, T12 bzw. T21, T22 einleitbar ist. Zur Entlastung des Gates liegt ferner zwischen Kathode K11, K12 bzw. K21, K22 und Steueranschluß S11, S12 bzw. S21, S22 jedes Thyristors T11, T12 bzw. T21, T22 noch eine Diode D11, D12 bzw. D21, D22.

Der Schaltablauf ist wie folgt (siehe hierzu insbesondere auch Fig. 2 und Fig. 3): Zunächst ist in der einen Betriebsstellung der Lastzweig I stromführend (IDK1). Also der dauerstromführende Hauptkontakt DK1 ist geschlossen, während der Trennkontakt HK1 und der Steuerkontakt SK1 geöffnet sind. Selbstverständlich sind auch die Kontakte DK2, HK2, SK2 des nichtstromführenden Lastzweiges II geöffnet. Zur Um­ schaltung der Last vom Lastzweig I auf den Lastzweig II werden als erstes der Trennkontakt HK1 und unmittelbar danach der Steuer­ kontakt SK1 geschlossen. Danach wird der Hauptkontakt DK1 ge­ öffnet, wodurch der Laststrom vom Hauptkontakt DK1 auf das Thyristorpaar T1 kommutiert (IHK1). Als nächstes werden der Trenn­ kontakt HK2 des Lastzweiges II und unmittelbar danach der Steuer­ kontakt SK2 geschlossen, wodurch das Thyristorpaar T2 des Lastzweiges II in den leitenden Zustand versetzt wird. Nunmehr fließt - für die Zeitspanne t2 - ein dem Laststrom überlagerter Ausgleichsstrom, der durch die Überschaltwiderstände 31, 32 begrenzt wird (IHK1 und IHK2). Es folgt das Öffnen des Steuerkontaktes SK1, wodurch die Thyristorgruppe T1 in den sperrenden Zustand versetzt wird. Der Lastzweig I ist somit nicht mehr an der Stromführung beteiligt. Unmittelbar nach dem Öffnen des Steuerkontaktes SK1, der ja das Sperren des Thyristorpaares T1 bewirkt, öffnet auch der Trennkontakt HK1, um das Thyristorpaar T1 spannungsmäßig zu entlasten. Der zeitliche Abstand t1 zwischen dem Öffnen des Steuerkontaktes SK1 und dem Öffnen des Trennkontaktes HK1 ist dabei größer als eine Halbwelle. Nachdem somit die Last bereits vom Lastzweig I auf den Lastzweig II umgeschaltet ist, brauchen nur mehr der Hauptkontakt DK2 geschlossen und der Trennkontakt HK2 geöffnet zu werden, womit der Umschaltvorgang abgeschlossen ist (IDK2).

Sämtliche Kontakte können hierbei mechanisch miteinander gekuppelt sein, wodurch sich die Schaltfolge wie bei den herkömmlichen Licht­ bogen-Umschaltern ohne weiteres einhalten läßt. Insbesondere kann hierbei ohne weiteres bewerkstelligt werden, daß der Steuerkontakt jeweils kurz nach dem zugehörigen Trennkontakt schließt - die möglichen Prellvorgänge am Trennkontakt werden hierdurch eliminiert - und daß er jeweils mindestens eine Halbwelle vor dem Trennkontakt öffnet, damit ein sicheres Sperren des Thyristorpaares vor dem Öffnen des Trennkontaktes gewährleistet ist.

In der gezeigten Anordnung erfolgt das Kommutieren des Stromes vom Hauptkontakt DK1 auf das Thyristorpaar T1 natürlich nicht lichtbogenfrei. Jedoch ist die Lichtbogenbeanspruchung am Hauptkontakt nicht so erheblich. Es ist eine Frage des Aufwandes, den man betreiben will, um auch hier ein lichtbogenfreies Schalten durch Einsatz eines weiteren Thyristorpaares zu erreichen.

Claims (1)

1. Schaltanordnung für Lastumschalter von Stufenschaltern für Stufen­ transformatoren, bei der jeder Lastzweig eine Reihenschaltung aus einem Schaltwiderstand, einem mechanisch betätigbaren Trenn­ kontakt und einem antiparallel geschalteten Thyristorpaar und parallel zu dieser Reihenschaltung einen für die Dauerstromführung bemessenen mechanisch betätigbaren Hauptkontakt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steueranschlüssen (S11, S12) der beiden antiparallelen Thyristoren (T11, T12) des Thyristorpaares (T1 bzw. T2) eine mittels eines Steuerschalters (SK1) einschaltbare Widerstandsbrücke liegt, wobei der Steuerschalter (SK1) mit dem mechanisch betätigbaren Trennkontakt (HK1) gekoppelt ist und dem Trennkontakt beim Schließvorgang nacheilt und beim Öffnungsvorgang um mindestens eine Halbwelle voreilt, und daß zwischen Steueranschluß (S11, S12) und Kathode (K11, K12) jedes Thyristors eine Diode (D11, D12) liegt.