DE4124431C2

DE4124431C2 - Protective circuit for switching contacts of a transformer tap changer

Info

Publication number: DE4124431C2
Application number: DE19914124431
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Mueller; Werner Dr Ing Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-08-16
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: DE4124431A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für Schaltkontakte der Schaltstufen eines Transformator-Stufen umschalters.The invention relates to a protective circuit for Switch contacts of the switching stages of a transformer stages switch.

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 Einzel fall entstehenden Frequenzen hängen sowohl von der räumlichen Ausdehnung der GIS als auch vom Ort des Überschlags bzw. der Lage des betätigten Schaltgeräts (Leistungs- oder Trennschal ter) ab. Insbesondere die an solche GIS angeschlossenen Transformatoren einschließlich Steuerleitungen und Lastschal ter sind den Störspannungen ausgesetzt. Dabei kann es zwi schen Lastumschalterkontakten und den dazugehörigen Verbin dungsleitungen der Transformatoren zu beträchtlichen örtli chen Spannungsbeanspruchungen kommen. Dies betrifft insbe sondere solche Lastumschaltkontakte, die in Reihe mit einem Überschaltwiderstand geschaltet sind.In gas-insulated switchgear (GIS) arise at voltage roll over steep voltage collapses with end times in the nanosecond range. Through wave reflections in the GIS As a result of such flashovers, high-frequency interference chips generated with frequencies in the MHz range. The one Falling frequencies depend on both the spatial Extension of the GIS as well as the location of the rollover or the Location of the actuated switching device (power or isolating scarf ter). In particular those connected to such GIS Transformers including control lines and load scarf ter are exposed to interference voltages. It can be between diverter switch contacts and the associated connection cables of the transformers to considerable local Chen stresses come. This applies in particular special such load changeover contacts in series with one Overvoltage resistance are switched.

Bekannte Schutzmaßnahmen sind beispielsweise Schutzfunken strecken oder Varistoren, die zwischen Schalterkontakten je der Phase geschaltet sind. Diese Maßnahmen sind jedoch bei den oben genannten Stirnzeiten nicht in befriedigender Weise wirksam. Aus der DE 26 04 344 A1 ist eine derartige Maßnahme für die Schaltkontakte eines Transformator-Stufenschalters bekannt. Die Funkenstrecke selbst ist schon seit langem als einfacher Überspannungsschutz bekannt. Sie weist eine Kenn linie aufs bei der eine Überspannung abrupt auf die sogenann te Bogentrennspannung begrenzt wird. Durch die steile An sprechkennlinie ist die Gefahr der Erzeugung von weiteren transienten Überspannungen zusätzlich erhöht.Known protective measures are, for example, protective sparks stretch or varistors depending between switch contacts the phase are switched. However, these measures are included the end times mentioned above are not satisfactory effective. Such a measure is known from DE 26 04 344 A1 for the switching contacts of a transformer tap changer known. The spark gap itself has long been considered simple surge protection known. It has an identifier line on with an overvoltage abruptly on the so-called te sheet separation voltage is limited. Due to the steep slope Speech characteristic is the danger of generating more transient overvoltages additionally increased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Überspannungs schutz von Schalterkontakten und den dazugehörigen Verbin dungsleitungen bei Stufentransformatoren im Hinblick auf transiente Überspannungen zu verbessern.The invention has for its object the surge Protection of switch contacts and the associated connection line cables for step transformers with regard to to improve transient overvoltages.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Schutzschaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2. This task is solved with a protective circuit according to the features of claim 1 or claim 2.

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.The inventor has recognized that the contact resistance of the Switch contacts for high-frequency operations are not effective. This is due to the fact that the series resistors are wound Wirewound resistors and are therefore subject to inductance. The protection circuit according to the invention between the connecting cables of the transformer tap changer overvoltages short-circuited or derived. On This simple way is reliable protection for those with the transformer tap changer related construction given parts and lines.

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.The high-pass filter can preferably be parallel to the switchover stood switched. So that are the two nodes, to which the transition resistor is connected, for high frequent overvoltages connected to each other. The high pass should have a resonance frequency in the kHz or MHz range point. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the remaining subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are described below the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Schutzschaltung für Schaltkontakte zweier benach barter Schaltstufen eines Transformator-Stufenum schalters; Figure 1 is a protective circuit for switching contacts of two neighboring switching stages of a transformer-level switch.

Fig. 2 eine Schutzschaltung gemäß Fig. 1 mit einem Varistor; FIG. 2 shows a protective circuit according to FIG. 1 with a varistor;

Fig. 3 eine weitere Ausbildung der Schutzschaltung gemäß Fig. 1 mit einem Varistor; FIG. 3 shows a further embodiment of the protection circuit of Figure 1 with a varistor.

Fig. 4 eine Schutzschaltung mit einem Hochpaß parallel zum Überschaltwiderstand; FIG. 4 shows a protection circuit with a high-pass filter in parallel with the transition resistor;

Fig. 5 eine Schutzschaltung nach Fig. 4 mit einem Varistor und Fig. 5 is a protection circuit according to Fig. 4 with a varistor and

Fig. 6 eine dreiphasige Ausführung der Schutzschaltung. Fig. 6 shows a three-phase version of the protective circuit.

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.In the figures of the following description, the same components with the same functions are assigned the same reference symbols. With n and m two connections for adjacent stages of a step transformer are designated, where m = n + 1. The simplified representation is exemplary for all levels. A denotes the live output connection of the tap changer. The schematic representation of the step transformer 2 in Fig. 1 applies mutatis mutandis to all figures.

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 dem Laststrom des Stufentransformators 2 unterbrochen wird, wobei möglichst nur zwei aufeinander folgende Schaltkontakte je weils gleichzeitig geschlossen sind. Fig. 1 shows a protective circuit 1 a, in which between the connections n and m of the schematically illustrated step transformer 2 and the terminal A, a switch contact K1 and K4 are connected. In parallel to these switch contacts K1, K4, a series circuit consisting of a switching resistance Rün, Rüm and a switch contact K2, K3 is connected. As shown, the switch contact K1 is closed. With this circuit arrangement, it is first possible to carry out a circuit from K1 to K4 or n to m without interrupting the load current of the step transformer 2 , wherein if possible only two consecutive switching contacts are each closed simultaneously.

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 Überschaltwiderstände 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.To protect against such a circuit arrangement To ensure overvoltages in transient processes a high-pass filter is connected between the connections n, m. The high pass is made of two resistors Rn, Rm and a condenser sator Cv formed, the resistors Rn, Rm each one the switching resistors Rün, Rüm are assigned in parallel and the capacitor Cv between the switch contacts K2 and K3 ge is switched. This is a surge protector between the connections n and m.

Die Widerstände Rn, Rm sind vorzugsweise als rein ohmsche Widerstände ausgebildet, wodurch eine optimale Wirkung des Hochpasses erzielt wird. The resistors Rn, Rm are preferably purely ohmic Resistors formed, which ensures an optimal effect of the High pass is achieved.

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. 2 shows a protective circuit 1 b in a development according to Fig. 1, in which a varistor Rv is connected in parallel to the high-pass filter. The varistor Rv connects the same points of adjacent switching stages n, m. The varistor Rv dampens overvoltages that are not detected by the high-pass filter.

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. 3 shows a protective circuit 1 c in the embodiment of FIG. 1, in which the varistor Rv is connected in parallel to the capacitor Cv ge. In this way, the frequency response of the high pass is influenced favorably, the current through the varistor Rv additionally being limited by the overall circuit of the resistors. This also affects its current behavior.

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. 4 shows a protective circuit 1 d, in which a high-pass filter is connected in parallel with a series resistor Rün, Rüm, which each consists of a series connection of a capacitor Cn, Cm and a resistor Rn, Rm. With this protective circuit 1 d, a direct compensation of the inductive effect of the switching resistors Rün, Rüm is possible, this protective circuit 1 c only being effective during the switching process, that is when the switch contact K2 or K3 is closed.

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. FIG. 5 shows a further development of the protective circuit according to FIG. 4, in which a varistor Rv is connected between the switching contacts K2 and K3 analogously to FIG. 3.

In dieser Schutzschaltung 1e sind die Daten für den Hochpaß 50 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.In this protective circuit 1 e, the data for the high-pass filter 50 must be selected so that with transient overvoltages in the kHz range between the connections n and m the total resistance Rv + 2 Rün and in the MHz range approximately the total resistance Rv + 2 Rn. Rün = Rüm and 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.The circuit arrangements according to FIGS. 1 to 3 have the advantage over the circuit arrangements according to FIGS . 4 and 5 that only one capacitor Cv is required, which however must be designed for a higher voltage. In addition, in the protective circuits 1 a-c according to FIGS . 1-3, attenuation or dissipation of transient processes is already achieved below the response voltage of the varistor Rv.

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.In FIG. 6, a protection circuit 1 is f according to Fig. Shown in three-phase version 3. A protective circuit 1 c is provided for each phase U, V, W. In addition, the protective circuits 1 c of each phase U, V, W are each connected via a high-pass filter, which is formed by a capacitor Cq. This can also dampen overvoltages between two phases of a three-phase arrangement. A simplification of the circuit arrangement is possible in that the lines marked with "X" and the varistors Rv are removed. The capacitors Cv and Cq of all phases can be combined into a single 6-turn wound capacitor coil as one component.

Claims

1. Protection circuit ( 1 a to 1 c) for switching contacts (K1 to K4) of the switching stages (n, m) of a transformer tap changer, each switching stage (n, m) having two switching contacts (K1, K2) or (K3, K4 ), one of which has a series-connected switching resistor (Rün, Rüm), and at least two adjacent switching stages (n, m) are coupled to one another via a high-pass filter, characterized in that the high-pass filter has at least two series switches Resistors (Rn, Rm), each of which is connected to a switching resistor (Rün, Rüm) of the adjacent switching stages (n, m) in parallel, and comprises a capacitor (Cv) connected between the resistors (Rn, Rm).

2. Protection circuit ( 1 d, 1 e) for switching contacts (K1 to K4) of the switching stages (n, m) of a transformer tap changer, each switching stage having two switching contacts (K1, K2 or K3, K4), one of which is one has series switching resistor (Rün, Rüm), characterized in that the switching resistor (Rün, Rüm) is connected in parallel with a high-pass filter in the sense of a derivation of transient overvoltages, the high-pass filter being connected in series with a resistor (Rn, Rm) and a Capacitor (Cn, Cm) comprises.

3. Protection circuit according to one of claims 1 or 2, wherein between the same points of adjacent switching stages (n, m) at least one varistor (Rv) is connected.

4. Protection circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the high-pass filter is designed such that it has a cut-off frequency in the kHz or MHz range having.