EP0124904B2 - Stufenschalter - Google Patents

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EP0124904B2
EP0124904B2 EP84105170A EP84105170A EP0124904B2 EP 0124904 B2 EP0124904 B2 EP 0124904B2 EP 84105170 A EP84105170 A EP 84105170A EP 84105170 A EP84105170 A EP 84105170A EP 0124904 B2 EP0124904 B2 EP 0124904B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
contacts
tap
main contact
thyristor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP84105170A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0124904A2 (de
EP0124904A3 (en
EP0124904B1 (de
Inventor
Harry Göransson
Kjell Dipl.-Ing. Magnusson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=20351165&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0124904(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Priority to AT84105170T priority Critical patent/ATE26764T1/de
Publication of EP0124904A2 publication Critical patent/EP0124904A2/de
Publication of EP0124904A3 publication Critical patent/EP0124904A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0124904B1 publication Critical patent/EP0124904B1/de
Publication of EP0124904B2 publication Critical patent/EP0124904B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the present invention relates to a tap changer according to the preamble of claim 1.
  • a tap changer is known from US-A-3381 213.
  • Tap changers are used in order to be able to switch between the tap taps of a regulating transformer under load.
  • the latter type is usually called the load selector.
  • the present invention relates to a tap changer of the latter type.
  • Such a tap changer is known, for example, from the ASEA catalog LL 11-4E, August 1981.
  • a solution for a load selector type tap changer is known from US-A-3 381 213.
  • a valve arrangement that can be controlled in both directions is present between the main contact and each of the two auxiliary contacts.
  • the valve arrangement is controlled by a control unit (not shown).
  • a voltage is required between the anode and cathode of the valves, which voltage is generated by arranging areas on the lateral ends of the fixed contacts, the material of which has an increased electrical resistance.
  • the invention has for its object to develop a tap changer of the type mentioned, which on the one hand requires less space than the known tap changer with thyristors and the fixed contacts can be carried out in a simple manner.
  • the tap voltage of the transformer is used to feed the control unit for the valve arrangements, whereby no additional connection between the movable part of the tap changer and the fixed environment is required. It is not necessary to connect the thyristors and the associated electronic control circuits to the earth potential.
  • the width of the fixed contacts in the direction of movement of the movable contact can be relatively small, and no special construction of these fixed contacts is required. This means that a relatively simple mechanical structure is obtained which makes it possible to use the invention relatively easily in load selectors of known type in which an arc-free load switchover is of great importance.
  • the tap changer according to the invention is particularly suitable for use in small and medium-sized transformers.
  • a fuse in the connection between one or each auxiliary contact on the one hand can be made in a manner known per se (cf. the above-mentioned DE-C-21 20 679) and the main contact on the other hand.
  • a resistor is arranged in parallel to the fuse, which is dimensioned such that it can serve as a bridging resistor after the fuse has possibly tripped.
  • the operational safety of the tap changer can be further improved by connecting two parallel, controllable in both directions thyristor arrangements in the connection between at least one of the auxiliary contacts and the main contact, one of which is in series with a fuse and the other with a bridging resistor.
  • the tap changer shown in FIG. 1 is of the load selector type, which means that the entire switching process takes place in the selector; this is implemented in a so-called pennant circuit.
  • the tap changer contains a plurality of fixed contacts arranged along a path 1, of which three contacts K1, K2, K3 are shown.
  • the contacts are arranged at the same distance from one another and are electrically insulated from one another. They are used to connect to the tap taps of a regulating transformer.
  • the movable part of the tap changer comprises a contact carrier, which can be a main contact arm 2, which carries a main contact H and two auxiliary contacts M1, M2.
  • the auxiliary contacts are fixed to each side of the main contact arm 2 with the aid of insulating spacer elements.
  • a valve arrangement T1 or T2 which can be controlled in both directions is arranged between the main contact H on the one hand and each of the two auxiliary contacts M1 and M2 on the other hand.
  • Each valve arrangement can consist of two thyristors connected in antiparallel or of another arrangement with a corresponding mode of operation, e.g. a triac.
  • the valve arrangements T1, T2 with the associated control unit 3 are also mounted on the movable main contact arm 2.
  • the step voltage of the transformer is used to supply the control unit (electronic unit), which means that no additional connection between the moving part of the step switch and the fixed environment is required.
  • the fixed contacts K1, K2, K3 etc. are arranged on a circle, and the movable part of the tap changer is fastened to a drive shaft which is mounted in such a way that its longitudinal axis is coaxial through the center of this circle runs.
  • the outgoing line 4 for the load current is connected to the movable main contact arm 2 via sliding contacts, not shown.
  • Figure 2 shows a contact movement diagram for the tap changer according to Figure 1 when switching from the contact K2 (operating position L2) to the contact K3 (operating position L3) and vice versa.
  • the designations 23a-23e and 32a-32e on the left in the figure denote different intermediate positions of the movable contact system of the tap changer during an ascending process (increasing the number of turns of the windings) or during a descending process (reducing the number of turns of the windings).
  • the numbers 1 and 0 for the three contact branches M1, H and M2 indicate whether the branch in question is live or not.
  • the switching course during a descent process from the operating position L3 to the operating position L2 is, as can be seen from FIG. 2, analogous to the switching course described above, but in this case the valve arrangements are ignited in the reverse order.
  • FIG. 3 shows an embodiment with two thyristor arrangements T1, T2 per phase, a fuse S being arranged in series with each thyristor arrangement for the shoe in the event of a possible step short circuit as a result of a fault in a thyristor or in the control circuits.
  • a resistor R is connected in parallel with each fuse. On the one hand, it has the task of facilitating the interruption of the short-circuit current through the fuse and, on the other hand, of maintaining operation after the fuse has tripped, in which case it then serves as a conventional bypass resistor.
  • FIG 4 shows the basic arrangement for a tap changer with four thyristor arrangements T1 -T4 per phase.
  • Each thyristor arrangement comprises two anti-parallel connected thyristors.
  • One thyristor arrangement (T1 or T2) in each parallel connection is in series with a fuse S, and the other thyristor arrangement T3, T4 is in series with a resistor R.
  • This circuit enables a circulating current to flow without a step short circuit occurring. Furthermore, as in the embodiment according to FIG. 3, it is achieved that the tap changer does not become inoperable in the event of thyristor damage. If one of the fuses responds as a result of a short-circuited thyristor, the operation of the tap changer automatically changes to that of a conventional tap changer.
  • the movable auxiliary contacts M1 and M2 form contact with the fixed contacts K2 and K3, respectively.
  • the step voltage is obtained between M1 and M2, so that the electronic control unit receives 3 supply voltage.
  • voltage is obtained between H and M2, as a result of which the control logic in the control unit receives information about the direction of movement.
  • the thyristor arrangement T1 receives an ignition signal, but does not conduct any current.
  • the main contact H leaves K2 and the thyristor arrangement T1 takes over the load current. Contact H switches off without arcing.
  • the ignition signal is passed on directly to the thyristor arrangement T3, which takes over the current when the thyristor arrangement T1 goes out at the next current zero crossing.
  • the thyristor arrangement T3 has an ignition signal for 11-14 ms, after which T4 is ignited.
  • the circulating current can now flow via the thyristor arrangements T3, T4 and the bridging resistor R.
  • the circulating current disappears when the thyristor arrangement T3 is extinguished at the next current zero crossing. If the load current is low, the thyristor arrangement T3 can possibly be erased by the oppositely flowing circuit current before the current zero crossing, which then immediately stops.
  • the thyristor arrangement T4 has an ignition signal for 11-14 ms, after which the thyristor arrangement T2 is ignited and, owing to the lower impedance in the branch, begins to carry current immediately.
  • the thyristor arrangement T2 is conductive until the main contact H touches the contact K3 and the changeover is thereby completed.
  • the thyristor arrangement T2 remains on until the auxiliary contact M2 leaves the contact K3.
  • Any thyristor damage regardless of whether the cause is overcurrent or overvoltage, results in one or more short-circuited thyristors.
  • Such damage in one of the thyristor arrangements T1 or T2 causes the fuse in question to trip.
  • the thyristor group lying parallel to the defective thyristor is also switched off when it has no ignition signal. This means that the tap changer no longer switches off without arcing; however, it remains functional.
  • FIG. 5 shows a basic arrangement for a tap changer with three thyristor arrangements T1 -T3 per phase, of which the thyristor arrangements T1 and T3 are connected in parallel to one another between the auxiliary contact M 1 and the main contact H.
  • the thyristor arrangement T1 lies in series with a fuse S
  • the thyristor arrangement T3 lies in series with a bridging resistor R
  • the thyristor arrangement T2 lies in series with a parallel connection with a fuse S and a resistor R.
  • the tap changer according to FIG. 5 offers the same advantages as the tap changer according to FIG. 4. In addition, it is cheaper because the number of thyristors is smaller. Because of the asymmetrical structure of the tap changer according to FIG. 5, the control circuits are somewhat more complicated.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Stufenschalter ist bekannt aus der US-A-3381 213.
  • Stufenschalter werden benutzt, um unter Last Umschaltungen zwischen den Stufenanzapfungen eines Regeltransformators vornehmen zu können. Es gibt zwei Hauptbauarten von Stufenschaltern, von welchen die eine Bauart durch einen vom Wähler getrennten Lastumschalter gekennzeichnet ist, während bei der anderen Bauart der Lastumschalter mit dem Wähler kombiniert ist. Die letztere Bauart wird normalerweise Lastwähler genannt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stufenschalter der letztgenannten Art. Ein solcher Stufenschalter ist beispielsweise bekannt aus dem ASEA-Katalog LL 11 - 4 E, August 1981.
  • Bei der Lastumschaltung mit einem Stufenschalter bekannter Ausführung bilden sich zwischen den Kontakten Lichtbögen, was einen Kontaktabbrand und eine Verschmutzung des Öls zur Folge hat. Es ist daher wünschenswert, diese Lichtbogenbildung zu beseitigen, insbesondere bei Stufenschaltern für Transformatoren, die an Stellen verwendet werden, an denen häufig Umschaltungen vorkommen, und die demzufolge verhältnismässig kurze Wartungsintervalle erfordern.
  • Die Lichtbogenbildung bei der Lastumschaltung mit Stufenschaltern kann dadurch vermieden werden, dass man für die Umschaltung Thyristoren verwendet. Elektronische Stufenschalter, die kontinuierlich, eingeschaltete Thyristoren enthalten, haben jedoch hohe Verluste. Ausserdem ist die Zuverlässigkeit solcher Stufenschalter gering, da in ihnen eine grosse Anzahl einzelner Starkstromhalbleiter enthalten ist. Um dies zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, die Thyristoren im stationären Betriebszustand des Stufenschalters (Betriebsstellungen) mittels mechanischer Kontakte kurzzuschliessen oder auszuschalten, so dass die Thyristoren nur während des Umschaltvorganges eingeschaltet sind (DE-C-21 20 679). Dadurch können verhältnismässig kleine und billige Thyristoren verwendet werden und gleichzeitig die durch die Durchlassspannung der Thyristoren bedingten Verluste vermieden werden. Die Lösungen, die bisher für Thyristorstufenschalter vorgeschlagen wurden, galten jedoch überwiegend für den Stufenschaltertyp mit getrenntem Wähler und Lastumschalter.
  • Eine Lösung für einen Stufenschalter des Lastwählertyps ist aus der US-A-3 381 213 bekannt. Hier ist zwischen dem Hau ptkontakt und jedem der beiden Hilfskontakte eine in beiden Richtungen steuerbare Ventilanordnung vorhanden. Die Steuerung der Ventilanordnung erfolgt durch ein nicht dargestelltes Steuergerät. Um die Ventile in den steuerbaren Zustand zu bringen, ist eine Spannung zwischen Anode und Kathode der Ventile erforderlich, die dadurch erzeugt wird, dass an den seitlichen Enden der festen Kontakte Bereiche angeordnet sind, deren Material einen erhöhten elektrischen Widerstand hat. Dadurch wird, wenn der Hauptkontakt auf einen solchen Bereich gelangt, an den Ventilen der Ventilanordnung, deren Hilfskontakt zur gleichen Zeit mit dem gleichen festen Kontakt wie der Hauptkontakt in Verbindung steht, eine Spannung erzeugt, welche die Ventile der Ventilanordnung in den steuerbaren Zustand versetzt. Diese bekannte Anordnung erfordert relativ breite und kompliziert aufgebaute feste Kontakte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stufenschalter der eingangs genannten Art zu entwickeln, welcher einerseits weniger Platz als die bekannten Stufenschalter mit Thyristoren erfordert und dessen feste Kontakte in einfacher Weise ausgeführt werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Stufenschaltergemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
  • Bei dem Stufenschalter gemäss der Erfindung wird die Stufenspannung des Transformators zur Speisung der Steuereinheit fürdieVentiianordnungen benutzt, wodurch keine zusätzliche Verbindung zwischen dem beweglichen Teil des Stufenschalters und der festen Umgebung erforderlich ist. Ein Anschluss der Thyristoren und der zugehörigen elektronischen Steuerkreise an das Erdpotential ist nicht notwendig. Die Breite der festen Kontakte in Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes kann relativ klein sein, und es ist auch kein spezieller Aufbau dieser festen Kontakte erforderlich. Dies bedeutet, dass man einen verhältnismässig einfachen mechanischen Aufbau erhält, der es ermöglicht, die Erfindung verhältnismässig leicht in solchen Fällen bei Lastwählern bekannter Art anzuwenden, in denen eine lichtbogenfreie Lastumschaltung von grosser Bedeutung ist. Der Stufenschalter gemäss der Erfindung eignet sich insbesonders zur Verwendung in kleineren und mittelgrossen Transformatoren.
  • Um einen Stufenkurzschluss des Transformators bei einem eventuellen Fehler in einem Thyristor oder in der elektronischen Steuereinheit zu verhindern, kann in an sich bekannter Weise (vgl. die obengenannte DE-C-21 20 679) eine Sicherung in der Verbindung zwischen einem oder jedem Hilfskontakt einerseits und dem Hauptkontakt andererseits eingefügt werden. Dabei wird parallel zu der Sicherung ein Widerstand angeordnet, der so bemessen ist, dass er nach einem eventuellen Auslösen der Sicherung als Überbrückungswiderstand dienen kann.
  • Die Betriebssicherheit des Stufenschalters kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass man in die Verbindung zwischen wenigstens einem der Hilfskontakte und dem Hauptkontakt zwei zueinander parallelgeschaltete, in beiden Richtungen steuerbare Thyristoranordnungen schaltet, von welchen die eine mit einer Sicherung und die andere mit einem Uberbrückungswiderstand in Reihe liegt. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, dass der Kreisstrom während einer bestimmten Zeit des Umschaltvorganges fliesst, ohne dass ein Stufenkurzschluss auftritt; der abzuschaltende Thyristor erhält dabei genügend Zeit zum Löschen.
  • Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen.
    • Figur 1 die prinzipielle Anordnung für einen Stufenschalter gemäss der Erfindung,
    • Figur 2 ein Kontaktbewegungsdiagramm für den Stufenschalter gemäss Figur 1,
    • Figur 3 die prinzipielle Anordnung für einen weiterentwickelten Stufenschalter gemäss der Erfindung mit zwei Thyristoranordnungen pro Phase,
    • Figur 4 die prinzipielle Anordnung für einen Stufenschalter gemäss der Erfindung mit vier Thyristoranordnungen pro Phase,
    • Figur 5 die prinzipielle Anordnung für einen Stufenschalter mit drei Thyristoranordnungen pro Phase.
  • Der in Figur 1 gezeigte Stufenschalter ist ein solcher des Lastwählertyps, was bedeutet, dass der gesamte Schaltverlauf in dem Wähler erfolgt; dieser ist in einer sog. Wimpelschaltung ausgeführt. Der Stufenschalter enthält mehrere längs einer Bahn 1 angeordnete feste Kontakte, von denen drei Kontakte K1, K2, K3 dargestellt sind. Die Kontakte sind in gleichem Abstand voneinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert. Sie dienen zum Anschluss an die Stufenanzapfungen eines Regeltransformators. Der bewegliche Teil des Stufenschalters umfasst einen Kontaktträger, bei dem es sich um einen Hauptkontaktarm 2 handeln kann, der einen Hauptkontakt H und zwei Hilfskontakte M1, M2 trägt. Die Hilfskontakte sind mit Hilfe isolierender Distanzelemente fest an je einer Seite des Hauptkontaktarms 2 montiert. Zwischen dem Hauptkontakt H einerseits und jedem der beiden Hilfskontakte M1 und M2 andererseits ist je eine in beiden Richtungen steuerbare Ventilanordnung T1 bzw. T2 angeordnet. Jede Ventilanordnung kann aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren oder aus einer anderen Anordnung mit entsprechender Arbeitsweise, wie z.B. einem Triac, bestehen. Auch die Ventilanordnungen T1, T2 mit zugehöriger Steuereinheit 3 sind auf dem beweglichen Hauptkontaktarm 2 montiert. Die Stufenspannung des Transformators wird zur Speisung der Steuereinheit (Elektronikeinheit) benutzt, wodurch keine zusätzliche Verbindung zwischen dem beweglichen Teil des Stufenschalters und der festen Umgebung erforderlich ist. Durch die dargestellte Anordnung kann man beispielsweise bei der Umschaltung von K2 auf K3 Zugang zu der Stufenspannung zwischen M1 und M2 bekommen, und zwar beispielsweise von dem Zeitpunkt 40 ms vor dem Zünden des ersten Thyristors bis beispielsweise 20 ms nach dem Zeitpunkt, in dem der ganze Umschaltvorgang beendet worden ist.
  • Bei einem nach der prinzipiellen Anordnung gemäss Figur 1 ausgeführten wirklichen Stufenschalter werden die festen Kontakte K1, K2, K3 usw. auf einem Kreis angeordnet, und der bewegliche Teil des Stufenschalters ist an einer Antriebswelle befestigt, die so gelagert ist, dass ihre Längsachse koaxial durch den Mittelpunkt des genannten Kreises verläuft.
  • Die abgehende Leitung 4 für den Laststrom ist an den beweglichen Hauptkontaktarm 2 über nicht dargestellte Schleifkontakte angeschlossen.
  • Figur 2 zeigt ein Kontaktbewegungsdiagramm für den Stufenschalter gemäss Figur 1 beim Umschalten von dem Kontakt K2 (Betriebsstellung L2) auf den Kontakt K3 (Betriebsstellung L3) und umgekehrt. Die links in der Figur stehenden Bezeichnungen 23a-23e bzw. 32a-32e bezeichnen verschiedene Zwischenstellungen des beweglichen Kontaktsystems des Stufenschalters während eines Anstiegsvorgangs (Vergrösserung der Windungszahl der Wicklungen) bzw. während eines Abstiegsvorganges (Verkleinerung der Windungszahl der Wicklungen). Die Zahlen 1 und 0 bei den drei Kontaktzweigen M1, H und M2 geben an, ob der betreffende Zweig stromführend oder nichtstromführend ist.
  • In den Betriebsstellungen führt der Hauptkontakt H den Laststrom, während die Hilfskontakte M1 und M2 ausgeschaltet sind und in den Öffnungen zwischen den festen Kontakten liegen. Bei einem Anstiegsvorgang aus der Betriebsstellung L2 in die Betriebsstellung L3 ergibt sich folgender Schaltverlauf:
    • In der Stellung 23a:
      • Die Hilfskontakte M1 und M2 schliessen ungefähr gleichzeitig an die festen Kontakte K2 bzw. K3 an. Die Steuereinheit erhält Speisespannung. Die Ventilanordnung T1 erhält ein Zündsignal.
    • In der Stellung 23b:
      • Der Hauptkontakt H schaltet lichtbogenfrei von dem Kontakt K2 ab. Die Ventilanordnung T1 übernimmt den Laststrom.
    • In der Stellung 23c:
      • Die Ventilanordnung T1 erlischt. Die Ventilanordnung T2 zündet und übernimmt den Laststrom.
    • In der Stellung 23d:
      • Der Hauptkontakt H schliesst an dem festen Kontakt K3 an. Die Ventilanordnung T2 erlischt. Der Laststrom wird von dem Hauptkontakt H übernommen.
    • In der Stellung 23e:
      • Die Hilfskontakte M1 und M2 schalten von den Kontakten K2 bzw. K3 ab. Auch diese Abschaltungen sind lichtbogenfrei, da die beiden Ventilanordnungen T1 und T2 vorher gelöscht wurden. Das bewegliche Kontaktsystem setzt nun seine Bewegung fort, bis sich die Hilfskontakte an ihren Plätzen in den Freiräumen zwischen den festen Kontakten befinden, wodurch die Betriebsstellung L3 erreicht wird.
  • Der Schaltverlauf während eines Abstiegsvorganges aus der Betriebsstellung L3 in die Betriebsstellung L2 ist, wie aus Figur 2 hervorgeht, mit dem oben beschriebenen Schaltverlauf analog, doch werden hierbei die Ventilanordnungen in umgekehrter Reihenfolge gezündet.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Thyristoranordnungen T1, T2 pro Phase, wobei zum Schuh bei einem eventuellen Stufenkurzschluss infolge eines Fehlers in einem Thyristor oder in den Steuerkreisen, eine Sicherung S in Reihe mit jeder Thyristoranordnung angeordnet ist. Parallel zu jeder Sicherung liegt ein Widerstand R. Dieser hat einerseits die Aufgabe, die Unterbrechung des Kurzschlussstromes durch die Sicherung zu erleichtern und andererseits nach Ansprechen der Sicherung den Betrieb aufrechtzuerhalten, wobei er dann als konventioneller Überbrückungswiderstand dient.
  • Figur 4 zeigt die prinzipielle Anordnung für einen Stufenschalter mit vier Thyristoranordnungen T1 -T4 pro Phase. Jede Thyristoranordnung umfasst zwei antiparallel geschaltete Thyristoren. Zwischen dem Hauptkontakt H und jedem Hilfskontakt M1 und M2 liegen je zwei parallelgeschaltete Thyristoranordnungen T1, T3 bzw. T2, T4. Eine Thyristoranordnung (T1 bzw. T2) in jeder Parallelschaltung liegt in Reihe mit einer Sicherung S, und die jeweils andere Thyristoranordnung T3, T4 liegt in Reihe mit einem Widerstand R.
  • Diese Schaltung ermöglicht das Fliessen eines Kreisstromes ohne Auftreten eines Stufenkurzschlusses. Ferner wird, wie bei der Ausführungsform gemäss Figur 3, erreicht, dass der Stufenschalter im Falle eines Thyristorschadens nicht funktionsuntüchtig wird. Falls eine der Sicherungen infolge eines kurzgeschlossenen Thyristors anspricht, so geht die Arbeitsweise des Stufenschalters automatisch in die eines konventionellen Stufenschalters über.
  • Die Arbeitsweise eines Stufenschalters gemäss Figur 4 bei einer Umschaltung vom Kontakt K2 auf den Kontakt K3 (Anstiegsvorgang) ist wie folgt:
  • Die beweglichen Hilfskontakte M1 und M2 bilden Kontakt mit den festen Kontakten K2 bzw. K3. Dabei erhält man zwischen M1 und M2 die Stufenspannung, so dass die elektronische Steuereinheit 3 Speisespannung erhält. Gleichzeitig erhält man Spannung zwischen H und M2, wodurch die Steuerlogik in der Steuereinheit eine Information über die Bewegungsrichtung bekommt. Die Thyristoranordnung T1 erhält ein Zündsignal, leitet jedoch keinen Strom.
  • Der Hauptkontakt H verlässt K2, und die Thyristoranordnung T1 übernimmt den Laststrom. Der Kontakt H schaltet lichtbogenfrei ab. Das Zündsignal wird unmittelbar an die Thyristoranordnung T3 weitergegeben, die den Strom übernimmt, wenn die Thyristoranordnung T1 beim nächsten Stromnulldurchgang erlischt. Die Thyristoranordnung T3 hat ein Zündsignal während 11 -14 ms, wonach T4 gezündet wird. Abhängig davon, in welcher Phasenlage die Zündfolge begann, kann nun der Kreisstrom über die Thyristoranordnungen T3, T4 und den Überbrückungswiderstand R fliessen. Der Kreisstrom verschwindet, wenn die Thyristoranordnung T3 bei dem nächsten Stromnulldurchgang gelöscht wird. Bei niedrigem Laststrom kann die Thyristoranordnung T3 eventuell vor dem Stromnulldurchgang von dem entgegengesetzt fliessenden Kreisstrom gelöscht werden, der dann unmittelbar aufhört.
  • Die Thyristoranordnung T4 hat ein Zündsignal während 11 -14 ms, wonach die Thyristoranordnung T2 gezündet wird und aufgrund der niedrigeren Impedanz in dem Zweig unmittelbar Strom zu führen beginnt. Die Thyristoranordnung T2 ist leitend, bis der Hauptkontakt H den Kontakt K3 berührt und die Umschaltung dadurch vollendet wird. Die Thyristoranordnung T2 behält ihrZündsignai, bis der Hilfskontakt M2 den Kontakt K3 verlässt.
  • Bei einer Betätigung in entgegengesetzter Richtung ist der Verlauf zu dem eben beschriebenen analog, doch werden die Thyristoranordnungen in umgekehrter Reihenfolge gezündet. Durch die in Figur 4 gezeigte Thyristor- und Widerstandsanordnung erhält man einen Schutz gegen einen Kurzschluss bei einem eventuell rückzündenden Thyristor. Das einzige, was in einem solchen Fall passiert, ist das Weiterfliessen des Kreisstromes während einer weiteren Halbperiode.
  • Ein eventueller Thyristorschaden, unabhängig davon, ob die Ursache Überstrom oder Überspannung ist, resultiert in einem oder mehreren kurzgeschlossen Thyristoren. Ein solcher Schaden in einer der Thyristoranordnungen T1 oder T2 verursacht ein Ansprechen der betreffenden Sicherung. Die zum defekten Thyristor parallel liegende Thyristorgruppe wird dabei auch ausgeschaltet, wenn sie kein Zündsignal hat. Dies führt dazu, dass der Stufenschalter nicht länger lichtbogenfrei abschaltet; er bleibt jedoch weiterhin funktionstüchtig.
  • Figur 5 zeigt eine prinzipielle Anordnung für einen Stufenschalter mit drei Thyristoranordnungen T1 -T3 pro Phase, von welchen die Thyristoranordnungen T1 und T3 parallel zueinander zwischen dem Hilfskontakt M 1 und dem Hauptkontakt H angeschlossen sind. Die Thyristoranordnung T1 liegt in Reihe mit einer Sicherung S, die Thyristoranordnung T3 liegt in Reihe mit einem Überbrückungswiderstand R und die Thyristoranordnung T2 liegt in Reihe mit einer Parallelschaltung mit einer Sicherung S und einem Widerstand R.
  • Der Stufenschalter gemäss Figur 5 arbeitet im Prinzip in gleicher Weise wie der Stufenschalter gemäss Figur 4. Bei einer Umschaltung von dem Kontakt K2 auf den Kontakt K3 (Anstiegsvorgang) erhält man folgenden Verlauf:
    • a) Die Hilfskontakte M1 und M2 gelangen auf die festen Kontakte K2 bzw. K3. Hierdurch erhält die Steuereinheit Speisespannung über die Hilfskontakte M1 und M2. Die Thyristoranordnung T1 erhält ein Zündsignal.
    • b) Der Hauptkontakt H schaltet lichtbogenfrei von K2 ab, und die Thyristoranordnung T1, die bereits ein Zündsignal hat, beginnt zu leiten. Danach wird ein Zündsignal an die Thyristoranordnung T3 gegeben, während das Zündsignal von der Thyristoranordung T1 fortgenommen wird. Bei dem nächsten Stomnulldurchgang kommutiert der Lastrom von der Thyristoranordnung T1 auf die Thyristoranordnung T3.
    • c) Ein Zündsignal wird an die Thyristoranordnung T2 gegeben, wodurch ein Kreisstrom ausgelöst wird. Von der Thyristoranordnung T3 wird das Zündsignal weggenommen, so dass die Thyristoranordnung T3 bei dem nächsten Stromnulldurchgang erlischt.
    • d) Der Hauptkontakt H gelangt auf den festen Kontakt K3, wobei die Thyristoranordnung T2, die immer noch Zündstrom erhält, erlischt.
  • Der Stufenschalter gemäss Figur 5 bietet dieselben Vorteile wie der Stufenschalter gemäss Figur 4. Ausserdem ist er billiger, da die Anzahl der Thyristoren kleiner ist. Wegen des asymmetrischen Aufbaus des Stufenschalters gemäss Figur 5 sind die Steuerkreise jedoch etwas komplizierter.

Claims (4)

1. Stufenschalter des Lastwählertyps mit mehreren auf einer Bahn (1) angeordneten festen Kontakte (K1, K2, K3), die elektrisch gegeneinander isoliert und zum Anschluß an die Stufenanzapfungen eines Regeltransformators bestimmt sind, und mit einem beweglichen Kontaktträger (2), auf dem ein Hauptkontakt (H) und zwei auf je einer Seite des Hauptkontaktes angeordnete Hilfskontakte (M1, M2) montiert sind, die in Kontakt mit den genannten festen Kontakten gebracht werden können, wobei zwischen dem Hauptkontakt (H) und jedem der beiden Hilfskontakte (M1, M2) mindestens eine in beiden Richtungen steuerbare Ventilanordnung (T1, T2) auf dem beweglichen Kontaktträger (2) angeördnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilanordnungen (T1, T2) zugeordneten Steuerkreise (3) auf dem beweglichen Kontaktträger (2) montiert sind und nur bei der Umschaltung zwischen verschiedenen Transformatoranzapfungen stromführend sind, daß die Hilfskontakte (M1, M2) während des stationären Zustandes des Stufenschalters zwischen benachbarten Stufenanzapfungen liegen und in ihrer Lage so bemessen sind, daß beim Umschalten der in Bewegungsrichtung vorne liegende Hilfskontakt die neue Stufenanzapfung erreicht, bevor der Hauptkontakt die alte Stufenanzapfung verläßt, und daß die Steuerkreise (3) der Ventilanordnungen (T1, T2) zur Versorgung mit Speisespannung zwischen den beweglichen Hilfskontakten (M1, M2) angeschlossen sind.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen beweglichen Kontakte des Stufenschalters im Verhältnis zueinander so angeordnet sind, dass die Speisespannung mindestens 5 ms vor der Zündung des ersten Thyristors verfügbar ist.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichhnet, dass in der elektrischen Verbindung zwischen jedem Hilfskontakt (M1, M2) und dem Hauptkontakt (H) eine Sicherung (S) in Reihe mit einer der genannten Ventilanordnungen (T1, T2) liegt und dass parallel zu der genannten Sicherung ein Widerstand (R) liegt, der so bemessen ist, dass er als Überbrückungswiderstand nach einer eventuellen Auslösung der Sicherung (S) zu dienen vermag.
4. Stufenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Verbindung zwischen wenigstens einem der Hilskontakte (M1, M2) und dem Hauptkontakt (H) zwei zueinander parallelgeschaltete Ventilanordnungen (T1, T3) angeordnet sind, wobei die genannte Sicherung (S) mit der einen Ventilanordnung (T1) und der genannte Widerstand (R) mit der anderen Ventilanordnung (T3) in Reihe liegt.
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