EP2569781B1 - Laststufenschalter - Google Patents

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EP2569781B1
EP2569781B1 EP11706755.3A EP11706755A EP2569781B1 EP 2569781 B1 EP2569781 B1 EP 2569781B1 EP 11706755 A EP11706755 A EP 11706755A EP 2569781 B1 EP2569781 B1 EP 2569781B1
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EP
European Patent Office
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load
tap
winding
branch
vacuum switching
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EP11706755.3A
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Wolfgang Albrecht
Christian Hammer
Christian Kotz
Sebastian Rehkopf
Andreas Sachsenhauser
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.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/14—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using tap transformers or tap changing inductors as final control devices
    • 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
    • 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
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap-changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer according to the preamble of the first claim.
  • an on-load tap changer which has a total of four vacuum interrupters per phase.
  • a vacuum interrupter as the main contact and a further vacuum interrupter, in series with a cross-over resistance, are provided as a resistance contact.
  • the main contact of the disconnecting side is first opened, then closes the resistor contact the receiving side, so that between the two winding taps n and n + 1 through the switching resistors limited compensating current flows.
  • Such unwanted surge voltages are, on the one hand, lightning impulse voltages resulting from the impact of lightning in the network.
  • the impulse withstand voltage of the on-load tap-changer is insufficient, it may short-term step short circuit or undesirable breakdown of the ceramic or the vapor shield of vacuum interrupters come in not leading the load current load branch, which can not only cause their long-term damage, but is generally undesirable.
  • DE 31 46 970 A1 discloses a power switching device including four vacuum switches and two current limiting resistors. Two vacuum switches each and a current limiting resistor form a load branch, with the vacuum switches in series and a current limiting resistor connected in parallel with one of the vacuum switches. When you press this load switching device is switched from one load branch to the other load branch. Each load branch is electrically connected to a tap changer. During operation, a current flows through one of the tap changer and a load branch to the neutral point. When switching the load-free tap changer is first actuated, ie the tap changer moves to the adjacent tap to be connected. In the next step, the current is switched from one load branch to the other load branch. This is done by means of the vacuum switch according to a fixed flow chart. The current limiting resistors compensate for the circulating current that occurs during the switching.
  • the object of the invention is to provide an on-load tap-changer of the type mentioned above with high surge voltage resistance and at the same time high switching capacity.
  • the invention is based on the general idea, by additional mechanical switching elements, which are each arranged between the vacuum interrupters and the respective winding tap, with which they are electrically connected, a galvanic isolation, ie potential separation, the vacuum interrupters in each case not the load current leading branch to achieve from the respective winding tapping.
  • any occurring surge voltages are harmless for vacuum interrupters in each case not the load current leading load branch.
  • FIG. 1 the diverter switch of an on-load tap-changer according to the invention is shown in detail.
  • the selector of the on-load tap-changer which performs the powerless selection of the new winding tapping, here n + 1, to which it is to switch before the actual load changeover is not shown.
  • the diverter switch has, as known from the prior art, two load branches A and B, which are in each case electrically connected to a winding tap n or n + 1.
  • the on-load tap changer according to the invention has a main current branch and an auxiliary current branch in each load branch.
  • the first main current branch establishes an electrical connection from the winding tapping n and a vacuum interrupter MSVa to the load derivation LA.
  • the second main current branch establishes an electrical connection from the winding tapping n + 1 via a vacuum interrupter MSVb to the load lead LA.
  • the first auxiliary current branch which is provided parallel to the first main current branch, establishes an electrical connection from the winding tap n via a further vacuum interrupter TTVa and a series-connected at least one first overvoltage resistance Ra for the purpose of dissipating the load.
  • the second auxiliary flow branch which is provided parallel to the second main flow branch, provides an electrical connection from the winding tapping n + 1 via another vacuum interrupter TTVb and a series-arranged at least one second transient resistance Rb for load dissipation.
  • the respective mechanical contacts MDCa, TDCa, MDCb and TDCb are designed as double-pole changeover contacts (reversing contacts). However, they can also be realized as separate, easily interrupting contacts.
  • mechanical permanent main contacts MCa and MCb provided in each load branch, one of which takes over in steady-state operation, the continuous current flow and relieves the vacuum interrupter in the main flow branch of this load branch.
  • the winding tap n is connected; the load current is conducted from this winding tap to the load discharge LA.
  • the vacuum interrupter MSVb is completely separated from the non-connected winding tapping n + 1 by the mechanical contact MDCb arranged according to the invention in its position.
  • the vacuum interrupter TTVb is completely separated from the non-connected winding tapping n + 1.
  • the on-load tap-changer according to the invention thus makes it possible to completely isolate the vacuum interrupters in each branch not leading the load current from the respective winding tap and thus to protect it against surge voltage stresses.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
  • Aus der DE 20 21 575 A ist ein Laststufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige, die jeweils mit einer Wicklungsanzapfung in Verbindung stehen, sind jeweils eine Vakuumschaltröhre als Hauptkontakt und jeweils eine weitere Vakuumschaltröhre, in Reihenschaltung mit einem Überschaltwiderstand, als Widerstandskontakt vorgesehen.
  • Bei einer unterbrechungslosen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung n auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 wird zunächst der Hauptkontakt der abschaltenden Seite geöffnet, darauf schließt der Widerstandskontakt der übernehmenden Seite, so dass zwischen den beiden Wicklungsanzapfungen n und n+1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt.
  • Nach dem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltende Seite geöffnet hat, schließt dann der Hauptkontakt der übernehmenden Seite, so dass der gesamte Laststrom von der neuen Wicklungsanzapfung n+1 zur Lastableitung führt; die Umschaltung ist damit beendet.
  • Bei verschiedenen Anwendungsfällen solcher bekannter Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren zur Regelung von Leistungstransformatoren ist jedoch eine hohe Stoßspannungsfestigkeit, bis zu 100 kV und deutlich darüber hinaus, erforderlich.
  • Solche unerwünschten Stoßspannungen, deren Höhe wesentlich durch den Aufbau des Stufentransformators und der Wicklungsteile zwischen den einzelnen Anzapfstufen bedingt ist, sind zum einen Blitzstoßspannungen, die sich durch das Einschlagen von Blitzen im Netz ergeben.
  • Zum anderen können auch Schaltstoßspannungen auftreten, die durch nicht vorhersehbare Schaltstöße im zu regelnden Netz verursacht sind.
  • Bei nicht ausreichender Stoßspannungsfestigkeit des Laststufenschalters kann es zu kurzzeitigem Stufenkurzschluss bzw. unerwünschtem Durchschlag an der Keramik bzw. dem Dampfschirm von Vakuumschaltröhren im nicht den Laststrom führenden Lastzweig kommen, was nicht nur deren Langzeitschädigung verursachen kann, sondern generell unerwünscht ist.
  • Aus der DE 23 57 209 A und der DE 26 04 344 ist es bereits bekannt, zur Bekämpfung zu hoher Stoßspannungsbeanspruchungen zwischen den Lastzweigen Schutzfunkenstrecken oder spannungsabhängige Widerstände oder beides vorzusehen; diese Mittel sind jedoch in verschiedenen Fällen unzureichend und können schädliche Stoßspannungsbeanspruchungen in ihrer Wirkung nicht oder nicht vollständig ausschließen.
  • DE 31 46 970 A1 offenbart eine Lastschaltvorrichtung, die vier Vakuumschalter sowie zwei Strombegrenzungswiderstände enthält. Jeweils zwei Vakuumschalter und ein Strombegrenzungswiderstand bilden einen Lastzweig, wobei die Vakuumschalter in Reihe und ein Strombegrenzungswiderstand parallel zu einer der Vakuumschalter geschaltet ist. Beim Betätigen dies Lastschaltvorrichtung wird von einem Lastzweig auf den anderen Lastzweig umgeschaltet. Jeder Lastzweig ist mit einem Stufenschalter elektrisch leitend verbunden. Während des Betriebes fließt ein Strom über einen der Stufenschalter und einen Lastzweig zum neutralen Punkt. Bei einer Umschaltung wird zunächst der lastfreie Stufenschalter betätigt, d.h. der Stufenschalter fährt die benachbarte zu beschaltende Anzapfung an. Im nächsten Schritt erfolgt die Umschaltung des Stromes von einem Lastzweig auf den anderen Lastzweig. Dies geschieht mittels der Vakuumschalter nach einem festen Ablaufdiagramm. Die Strombegrenzungswiderstände kompensieren dabei den Kreisstrom, der während der Umschaltung auftritt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter der eingangs genannten Art mit hoher Stoßspannungsfestigkeit und zugleich hoher Schaltleistung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, durch zusätzliche mechanische Schaltelemente, die jeweils zwischen den Vakuumschaltröhren und der jeweiligen Wicklungsanzapfung, mit der sie elektrisch in Verbindung stehen, angeordnet sind, eine galvanische Trennung, d. h. Potentialtrennung, der Vakuumschaltröhren in jeweils nicht den Laststrom führenden Zweig von der jeweiligen Wicklungsanzapfung zu erreichen.
  • Dadurch werden eventuelle auftretende Stoßspannungen unschädlich für Vakuumschaltröhren im jeweils nicht den Laststrom führenden Lastzweig. Dies gilt gleichermaßen für die Vakuumschaltröhren, die als Hauptkontakt arbeiten, als auch diejenigen, die als Widerstandskontakt arbeiten.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
    • FIG. 1
    einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in schematischer Darstellung. Gezeigt ist hier die Grundstellung, in der die Wicklungsanzapfung n beschaltet ist.
    FIG. 2 bis 13
    zeigen die einzelnen Schritte der Umschaltsequenz bei einer Lastumschaltung auf die Wicklungsanzapfung n+1. Figur 13 zeigt dabei den stationären Zustand nach vollzogener Lastumschaltung.
  • In Figur 1 ist der Lastumschalter eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters im Detail dargestellt. Der Wähler des Laststufenschalters, der vor der eigentlichen Lastumschaltung die leistungslose Anwahl der neuen Wicklungsanzapfung, hier n+1, auf die umgeschaltet werden soll, vornimmt, ist nicht dargestellt.
  • Der Lastumschalter hat, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt, zwei Lastzweige A und B, die jeweils mit einer Wicklungsanzapfung n bzw. n+1 elektrisch in Verbindung stehen.
  • Der erfindungsgemäße Laststufenschalter besitzt in jedem Lastzweig einen Hauptstromzweig und einen Hilfsstromzweig.
  • Der erste Hauptstromzweig stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n über und eine Vakuumschaltröhre MSVa zur Lastableitung LA her.
  • Der zweite Hauptstromzweig stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n+1 über eine Vakuumschaltröhre MSVb zur Lastableitung LA her.
  • Der erste Hilfsstromzweig, der parallel zum ersten Hauptstromzweig vorgesehen ist, stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n über eine weitere Vakuumschaltröhre TTVa und einen in Reihe dazu angeordneten mindestens einen ersten Überschaltwiderstand Ra zur Lastableitung her.
  • Der zweite Hilfsstromzweig, der parallel zum zweiten Hauptstromzweig vorgesehen ist, stellt eine elektrische Verbindung von der Wicklungsanzapfung n+1 über eine weitere Vakuumschaltröhre TTVb und einen in Reihe dazu angeordneten mindestens einen zweiten Überschaltwiderstand Rb zur Lastableitung her.
  • Erfindungsgemäß ist in jedem der Hauptstromzweige und in jedem der Hilfsstromzweige zwischen der jeweiligen Wicklungsanzapfung n bzw. n+1 und der damit elektrisch in Verbindung stehenden jeweiligen Vakuumschaltröhre MSVa, TTVa, bzw. auf der anderen Seite MSVb, TTVb ein weiterer, separat betätigbarer mechanischer Kontakt vorgesehen. Insgesamt sind also vier solcher mechanischer Kontakte vorhanden:
    • Ein mechanischer Kontakt MDCa zum Schutz der Vakuumschaltröhre MSVa,
    • ein weiterer mechanischer Kontakt TDCa zum Schutz der Vakuumschaltröhre TTVa
    • ein weiterer mechanischer Kontakt MDCb zum Schutz der Vakuumschaltröhre MSVb
    • schließlich ein weiterer mechanischer Kontakt TDCb zum Schutz der Vakuumschaltröhre TTVb.
  • In der Figur 1 sind die jeweiligen mechanischen Kontakte MDCa, TDCa, MDCb und TDCb als doppelpolige Umschaltkontakte (Wenderkontakte) ausgeführt. Sie sind jedoch ebenso als separate, einfach unterbrechende Kontakte realisierbar.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind, wie in Figur 1 ebenfalls dargestellt, in jedem Lastzweig noch mechanische Dauerhauptkontakte MCa und MCb vorgesehen, von denen einer jeweils im stationären Betrieb die Dauerstromführung übernimmt und die Vakuumschaltröhre im Hauptstromzweig dieses Lastzweiges entlastet.
  • In der Figur 1 ist die Wicklungsanzapfung n beschaltet; der Laststrom wird von dieser Wicklungsanzapfung zur Lastableitung LA geführt. Es ist zu sehen, dass durch den erfindungsgemäß angeordneten mechanischen Kontakt MDCb in dessen Stellung die Vakuumschaltröhre MSVb vollständig von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung n+1 getrennt ist. Ebenso ist durch die Stellung des erfindungsgemäßen mechanischen Kontaktes TDCb die Vakuumschaltröhre TTVb vollständig von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung n+1 getrennt.
  • Der erfindungsgemäße Laststufenschalter ermöglicht es also, die Vakuumschaltröhren in jeweils nicht den Laststrom führenden Zweig vollständig von der jeweiligen Wicklungsanzapfung galvanisch zu trennen und damit vor Stoßspannungsbeanspruchungen zu schützen.
  • Nachfolgend soll an Hand der weiteren Figuren eine vollständige Schaltsequenz des erfindungsgemäßen Laststufenschalters bei der Umschaltung der in Figur 1 gezeigten Grundstellung auf die neue Wicklungsanzapfung n+1 in allen Einzelschritten dargestellt werden.
    • Figur 2:
    Der Dauerhauptkontakt MCA ist geöffnet; der Laststrom wird von der Vakuumschaltröhre MSVa übernommen. Gleichzeitig öffnet die Vakuumschaltröhre TTVb.
    Figur 3:
    Die Vakuumschaltröhre MSVa öffnet; die Vakuumschaltröhre MSVb öffnet ebenfalls.
    Figur 4:
    Der Laststrom wird jetzt von der Vakuumschaltröhre TTVa und dem in Reihe geschalteten Überschaltwiderstand RA geführt. Gleichzeitig schließt der bisher geöffnete mechanische Kontakt TDCb.
    Figur 5:
    Die Vakuumschaltröhre TTVb schließt.
    Figur 6:
    Es fließt jetzt ein Kreisstrom Ic über die beiden Vakuumschaltröhren TTVa und TTVb und Überschaltwiderstände RA und RB in jedem der beiden Zweige. Gleichzeitig beginnt der mechanische Kontakt MDCa zu öffnen. Der mechanische Kontakt MDCb auf der anderen Seite beginnt zu schließen.
    Figur 7:
    Jetzt öffnet die Vakuumschaltröhre TTVa.
    Figur 8:
    Der Laststrom ist jetzt vollständig auf den anderen Zweig kommutiert und wird ausschließlich über die Reihenschaltung von TTVb und RB geführt.
    Figur 9:
    Der mechanische Kontakt MDCa ist vollständig geöffnet. Der mechanische Kontakt MDCb ist vollständig geschlossen. Gleichzeitig schließen die Vakuumschaltröhren MSVa und MSVb.
    Figur 10:
    Der Laststrom wird jetzt von der Vakuumschaltröhre MSVb geführt. Gleichzeitig öffnet der mechanische Kontakt TDCa.
    Figur 11:
    Die Vakuumschaltröhre TTVa schließt.
    Figur 12:
    Durch die geöffneten mechanischen Kontakte MDCa und TDCa sind jetzt die Vakuumschaltröhren auf der nicht den Laststrom führenden Seite MSVa bzw. TTVa vollständig galvanisch vom Potential der ehemals beschalteten Wicklungsanzapfung n getrennt.
    Figur 13:
    Schließlich übernimmt der Dauerhauptkontakt der neu beschalteten Seite MCB den Laststrom; die Lastumschaltung auf die neue Wicklungsanzapfung n+1 ist abgeschlossen.
  • Es ist zu sehen, dass bei der erläuterten Schaltsequenz sichergestellt ist, dass jeweils die Vakuumschaltröhren der nicht den Laststrom führenden Seite durch die entsprechenden mechanischen Kontakte von der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung vollständig galvanisch getrennt sind - die Aufgabe der Erfindung ist gelöst.

Claims (4)

  1. Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (n, n+1) eines Stufentransformators, umfassend
    - einen Wähler zur leistungslosen Vorwahl der Wicklungsanzapfung (n, n+1), auf die umgeschaltet werden soll, und
    - einen Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen (n) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (n+1),
    wobei
    - der Lastumschalter zwei Hauptstromzweige und zwei Hilfsstromzweige besitzt,
    - der erste Hauptstromzweig die erste Wicklungsanzapfung (n) über eine Vakuumschaltröhre (MSVa) mit einer Lastableitung (LA) elektrisch verbindet,
    - der zweite Hauptstromzweig die zweite Wicklungsanzapfung (n+1) über eine weitere Vakuumschaltröhre (MSVb) mit der Lastableitung (LA) elektrisch verbindet,
    - der erste Hilfsstromzweig die erste Wicklungsanzapfung (n) über eine Reihenschaltung aus einer weiteren Vakuumschaltröhre (TTVa) und mindestens einem Überschaltwiderstand (Ra) mit der Lastableitung (LA) verbindet,
    - der zweite Hilfsstromzweig die zweite Wicklungsanzapfung (n+1) über eine Reihenschaltung aus einer weiteren Vakuumschaltröhre (TTVb) und mindestens einem weiteren Überschaltwiderstand (Rb) mit der Lastableitung (LA) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - in jedem der beiden Hauptstromzweige und in jedem der beiden Hilfsstromzweige zwischen der jeweiligen Wicklungsanzapfung (n, n+1) und der jeweiligen Vakuumschaltröhre (MSVa, MSVb, TTVa, TTVb) in diesem Zweig ein weiterer, separat betätigbarer mechanischer Kontakt (MDCa, MDCb, TDCa, TDCb) vorgesehen ist, derart, dass die Vakuumschaltröhren (MSVa oder MSVb) im Hauptstromzweig und im Hilfsstromzweig (TTVa oder TTVb) der nicht beschalteten Wicklungsanzapfung (n oder n+1) galvanisch von dieser trennbar sind.
  2. Laststufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem der beiden Hauptstromzweige ein Dauerhauptkontakt (MCa, MCb) zur Führung des Dauerstromes im stationären Betrieb vorgesehen ist.
  3. Laststufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen mechanischen Kontakte (MDCa, MDCb, TDCa, TDCb) als doppelpolige Umschaltkontakte ausgebildet sind.
  4. Laststufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen mechanischen Kontakte (MDCa, TDCa bzw. MDCb, TDCb) jeder Seite jeweils baulich vereinigt sind.
EP11706755.3A 2010-05-08 2011-02-23 Laststufenschalter Active EP2569781B1 (de)

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KR (1) KR101802262B1 (de)
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