DE4124431A1 - Schutzschaltung fuer schaltkontakte eines transformator-stufenschalters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für Schalt­ kontakte der Schaltstufen eines Transformator-Stufenumschalters.

In gasisolierten Schaltanlagen (GIS) entstehen bei Spannungs­ überschlägen steile Spannungszusammenbrüche mit Stirnzeiten im Nanosekundenbereich. Durch Wellenreflektionen in der GIS werden als Folge solcher Überschläge hochfrequente Störspan­ nungen mit Frequenzen im MHz-Bereich erzeugt. Die im Einzelfall entstehenden Frequenzen hängen sowohl von der räumlichen Aus­ dehnung der GIS als auch vom Ort des Überschlags bzw. der Lage des betätigten Schaltgeräts (Leistungs- oder Trennschalter) ab. Insbesondere die an solche GIS angeschlossenen Transformatoren einschließlich Steuerleitungen und Lastschalter sind den Stör­ spannungen ausgesetzt. Dabei kann es zwischen Lastumschalter­ kontakten und den dazugehörigen Verbindungsleitungen der Transformatoren zu beträchtlichen örtlichen Spannungsbean­ spruchungen kommen. Dies betrifft insbesondere solche Last­ umschaltkontakte, die in Reihe mit einem Überschaltwiderstand geschaltet sind.

Bekannte Schutzmaßnahmen sind beispielsweise Schutzfunken­ strecken oder Varistoren, die zwischen Schalterkontakten jeder Phase geschaltet sind. Diese Maßnahmen sind jedoch bei den oben genannten Stirnzeiten nicht in befriedigender Weise wirksam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Überspannungs­ schutz von Schalterkontakten und den dazugehörigen Verbindungs­ leitungen bei Stufentransformatoren zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Schutzschaltung ge­ mäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Der Erfinder hat erkannt, daß die Überschaltwiderstände der Schaltkontakte für hochfrequente Vorgänge nicht wirksam sind. Dies beruht darauf, daß die Überschaltwiderstände gewickelte Drahtwiderstände sind und daher induktivitätsbehaftet sind. Durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung werden die zwischen den Anschlußleitungen des Transformator-Stufenschalters auftre­ tenden Überspannungen kurzgeschlossen bzw. abgeleitet. Auf diese einfache Weise ist ein zuverlässiger Schutz für die mit dem Transformator-Stufenumschalter in Verbindung stehenden Bau­ teile und Leitungen gegeben.

Vorzugsweise kann der Hochpaß parallel zu dem Überschaltwider­ stand geschaltet sein. Damit sind auch die zwei Knotenpunkte, an denen der Überschaltwiderstand angeschlossen ist, für hoch­ frequente Überspannungen miteinander verbunden. Der Hochpaß sollte eine Resonanzfrequenz im kHz- oder MHz-Bereich auf­ weisen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schutzschaltung für Schaltkontakte zweier benach­ barter Schaltstufen eines Transformator-Stufenum­ schalters;

Fig. 2 eine Schutzschaltung gemäß Fig. 1 mit einem Varistor;

Fig. 3 eine weitere Ausbildung der Schutzschaltung gemäß Fig. 1 mit einem Varistor;

Fig. 4 eine Schutzschaltung mit einem Hochpaß parallel zum Überschaltwiderstand;

Fig. 5 eine Schutzschaltung nach Fig. 4 mit einem Varistor und

Fig. 6 eine dreiphasige Ausführung der Schutzschaltung.

In den Figuren der nachfolgenden Beschreibung sind gleichen Bauteilen mit gleichen Funktionen dieselben Bezugszeichen zugeordnet. Mit n und m sind zwei Anschlüsse für benachbarte Stufen eines Stufentransformators bezeichnet, wobei m = n + 1 ist. Die vereinfachte Darstellungsart ist beispielhaft für alle Stufen. A bezeichnet den spannungsführenden Ausgangsanschluß des Stufenumschalters. Die schematische Darstellung des Stufen­ transformators 2 in Fig. 1 gilt sinngemäß für alle Figuren.

Fig. 1 zeigt eine Schutzschaltung 1a, bei der zwischen den An­ schlüssen n und m des schematisch dargestellten Stufentrans­ formators 2 und dem Anschluß A jeweils ein Schaltkontakt K1 bzw. K4 geschaltet sind. Parallel zu diesen Schaltkontakten K1, K4 ist jeweils eine Reihenschaltung aus einem Überschalt­ widerstand Rün, Rüm und einem Schaltkontakt K2, K3 geschaltet. Wie dargestellt, ist der Schaltkontakt K1 geschlossen. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es zunächst möglich, eine Um­ schaltung von K1 nach K4 bzw. n nach m durchzuführen, ohne daß der Laststrom des Stufentransformators 2 unterbrochen wird, wobei möglichst nur zwei aufeinander folgende Schaltkontakte je­ weils gleichzeitig geschlossen sind.

Um bei einer derartigen Schaltungsanordnung einen Schutz vor Überspannungen bei transienten Vorgängen zu gewährleisten, ist zwischen den Anschlüssen n, m ein Hochpaß geschaltet. Der Hoch­ paß wird dabei von zwei Widerständen Rn, Rm und einem Konden­ sator Cv gebildet, wobei die Widerstände Rn, Rm jeweils einem der Überschaltwiderstand Rün, Rüm parallel zugeordnet sind und der Kondensator Cv zwischen den Schaltkontakten K2 und K3 ge­ schaltet ist. Auf diese Weise ist ein Überspannungsschutz zwischen den Anschlüssen n und m gegeben.

Die Widerstände Rn, Rm sind vorzugsweise als rein ohmsche Widerstände ausgebildet, wodurch eine optimale Wirkung des Hochpaßes erzielt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schutzschaltung 1b in Weiterbildung nach Fig. 1, bei der parallel zum Hochpaß ein Varistor Rv geschaltet ist. Der Varistor Rv verbindet dabei gleiche Punkte benachbarter Schaltstufen n, m. Der Varistor Rv bedämpft dabei Überspannun­ gen, die nicht von dem Hochpaß erfaßt werden.

Fig. 3 zeigt eine Schutzschaltung 1c in Ausgestaltung nach Fig. 1, bei der der Varistor Rv parallel zum Kondensator Cv ge­ schaltet ist. Auf diese Weise wird der Frequenzgang des Hoch­ paßes günstig beeinflußt, wobei der Strom durch den Varistor Rv zusätzlich durch die Gesamtschaltung der Widerstände be­ grenzt wird. Dies betrifft auch sein Stromverhalten.

Fig. 4 zeigt eine Schutzschaltung 1d, bei der jeweils parallel zu einem Überschaltwiderstand Rün, Rüm ein Hochpaß geschaltet ist, welche jeweils aus einer Reihenschaltung von einem Konden­ sator Cn, Cm und einem Widerstand Rn, Rm besteht. Mit dieser Schutzschaltung 1d ist eine direkte Kompensation der induktiven Wirkung der Überschaltwiderstände Rün, Rüm möglich, wobei diese Schutzschaltung 1c nur beim Überschaltvorgang, also wenn Schaltkontakt K2 oder K3 geschlossen ist, wirksam ist.

Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung der Schutzschaltung nach Fig. 4, bei der analog zu Fig. 3 zwischen den Schaltkontakten K2 und K3 ein Varistor Rv geschaltet ist.

In dieser Schutzschaltung 1e sind die Daten für den Hochpaß so zu wählen, daß bei transienten Überspannungen im kHz-Bereich zwischen den Anschlüssen n und m der Gesamtwiderstand Rv + 2 Rün und im MHz-Bereich näherungsweise der Gesamtwiderstand Rv + 2 Rn ist. Dabei sind Rün = Rüm und Rn = Rm.

Die Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 bis 3 weisen gegenüber den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 4 und 5 den Vorteil auf, daß nur ein Kondensator Cv benötigt wird, der jedoch für eine höhere Spannung ausgelegt sein muß. Darüber hinaus wird bei den Schutzschaltungen 1a-c gemäß Fig. 1-3 eine Dämpfung oder Ablei­ tung transienter Vorgänge bereits unterhalb der Ansprechspan­ nung des Varistors Rv erzielt.

In Fig. 6 ist eine Schutzschaltung 1f nach Fig. 3 in dreiphasiger Ausführung gezeigt. Dabei ist jeweils für jede Phase U, V, W eine Schutzschaltung 1c vorgesehen. Zusätzlich sind die Schutzschal­ tungen 1c einer jeden Phase U, V, W über jeweils einen Hochpaß, der von einem Kondensator Cq gebildet ist, miteinander verbun­ den. Dadurch können auch Überspannungen zwischen zwei Phasen einer Drehstromanordnung bedämpft werden. Eine Vereinfachung der Schaltungsanordnung ist dadurch möglich, daß die mit "X" gekennzeichneten Leitungen und die Varistoren Rv entfernt wer­ den. Die Kondensatoren Cv und Cq aller Phasen können zu einer einzigen 6-gängig gewickelten Kondensatorspule als ein Bauteil zusammengefaßt sein.

Claims (5)

1. Schutzschaltung (1a bis 1f) für Schaltkontakte (K1 bis K4) der Schaltstufen (n, M) eines Transformator-Stufenumschalters, wobei zumindest ein Schaltkontakt (K2, K3) des Stufenumschalters mit einem Überschaltwiderstand (Rün, Rüm) in Reihe geschaltet und dem Überschaltwiderstand ein Hochpaß im Sinne einer Ab­ leitung von transienten Überspannungen zugeordnet ist. (Fig. 1).

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, wobei der Hochpaß parallel zum Überschaltwiderstand (Rün, Rüm) geschaltet ist. (Fig. 4)

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwei benach­ barten Schaltkontakten (K2, K3) jeweils ein Überschaltwiderstand (Rün, Rüm) zugeordnet und parallel zu den Überschaltwiderständen (Rün, Rüm) ein Hochpaß geschaltet ist. (Fig. 4)

4. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hochpaß eine Grenzfrequenz im KHz- oder MHz-Bereich aufweist.

5. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwi­ schen elektrisch gleichen Punkten benachbarter Schaltstufen zumindest ein Varistor (Rv) geschaltet ist. (Fig. 2, 3 und 5).