EP4111480B1 - Vorrichtung zur begrenzung eines kurzschlussstromes in einem laststufenschalter sowie laststufenschalter mit dieser vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur begrenzung eines kurzschlussstromes in einem laststufenschalter sowie laststufenschalter mit dieser vorrichtung Download PDF

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EP4111480B1
EP4111480B1 EP21715521.7A EP21715521A EP4111480B1 EP 4111480 B1 EP4111480 B1 EP 4111480B1 EP 21715521 A EP21715521 A EP 21715521A EP 4111480 B1 EP4111480 B1 EP 4111480B1
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EP
European Patent Office
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current
changer
load tap
load
measurement signal
Prior art date
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EP21715521.7A
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French (fr)
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EP4111480C0 (de
EP4111480A1 (de
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Laurenc KIRCHNER
Sebastian Rehkopf
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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Publication of EP4111480B1 publication Critical patent/EP4111480B1/de
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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means

Definitions

  • the invention relates to a device for limiting a short-circuit current in an on-load tap-changer, in particular in a load diverter switch of the on-load tap-changer, and to an on-load tap-changer comprising a device for limiting a short-circuit current in the on-load tap-changer.
  • on-load tap changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of a control winding of a tapped transformer and thus for voltage regulation. They usually consist of a selector for powerless pre-selection of the winding tap of the tapped transformer to which switching is to take place, as well as a load changeover switch for the actual, uninterrupted switching from the previously connected winding tap to the new, pre-selected winding tap.
  • the selector usually has two movable selector contacts which connect the winding taps.
  • the load changeover switch usually has switching contacts and resistors for the actual load switching.
  • the switching contacts are arranged in the main load branches of the load changeover switch and are used to directly connect the winding tap connected by the respective selector contact to a load discharge via the main load branch.
  • the resistors serve to limit the short-term circulating current flowing in the load changeover switch during the switching process and are also referred to as switching resistors.
  • the load diverter switch may malfunction.
  • One possible malfunction is a short circuit in the on-load tap changer, or more precisely in the load diverter switch, triggered by a flashover between the two main load branches. Since the two main load branches are each electrically connected to a winding tap of the control winding via a selector contact, this can result in a tap short circuit. In concrete terms, this means that the short-circuit current flows via the main load branches and the selector contacts via a control stage of the control winding of the tapped transformer.
  • circuit breakers are provided in the transmission network that are designed to safely switch off high currents in the event of a fault.
  • circuit breakers are provided in the transmission network that are designed to safely switch off high currents in the event of a fault.
  • they require a relatively long time to do this, for example 50 ms.
  • the short-circuit current flows unlimitedly through the conductive components of the tap changer and transformer, which can lead to considerable damage to the on-load tap changer and the control winding of the transformer. This must be avoided.
  • a load tap changer for tapped transformers which has thyristors in anti-parallel connection in a first and a second current branch for switching between the winding taps of the tapped transformer.
  • the load tap changer also includes electrical fuses with resistors connected in parallel which prevent the occurrence of short-circuit currents in the event of a malfunction of the thyristors.
  • the publication CH 404 804 A discloses a switching arrangement for an on-load tap changer, wherein the individual switching paths are provided with double contact points and are connected to one another and to the switching resistors in such a way that, in circuits with rated current, the load changeover switch acts as a normal flag-pennant switch, but in the case of overload currents it only acts as a pennant switch with four interruption points connected in series.
  • the publication WO 2016/169826 A1 refers to an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a control winding of a transformer with a selector and a load changeover switch.
  • the load changeover switch has a changeover switch, a main branch and an auxiliary branch with a current-limiting element. A further switching element is arranged between the main branch and the auxiliary branch.
  • An overcurrent protection device for electrical circuits which comprises a Hall effect device for monitoring the current in the circuit, which, when an overcurrent is detected, energizes a relay, thereby diverting the current to a PTC device.
  • the publication US 4 184 186 A refers to a current limiting device for an alternating current electrical system which achieves a current limiting effect on the first current loop after fault initiation by rapidly diverting the fault current through a low impedance path to earth.
  • the publication EN 10 2016 120 070 A1 discloses a low-voltage protective switching device with a control unit which is designed to control a bypass switch and a semiconductor circuit arrangement upon detection of a short-circuit current by a current measuring arrangement.
  • the improved concept is based on the idea of providing a device that makes it possible to detect a short circuit in the load diverter switch of an on-load tap changer quickly enough and to commutate the increasing short-circuit current to a resistor before critical values are reached, which limits the current to permissible values until a higher-level protection system, for example a circuit breaker, trips and disconnects the transformer from the transmission network.
  • a higher-level protection system for example a circuit breaker
  • the invention proposes a device for limiting a short-circuit current in an on-load tap changer, in particular in a load diverter switch of the on-load tap changer.
  • the device has a first sensor for measuring a current in a first power line of the on-load tap changer, an interruption element, a control device and a current-limiting element.
  • the interruption element is arranged in the first power line of the on-load tap changer.
  • the current-limiting element is arranged in a parallel path to the interruption element, i.e. parallel to the first power line.
  • the first sensor is designed to transmit a first measurement signal, which represents the measured current in the first power line of the on-load tap changer, to the control device.
  • the current measurement and the transmission of the measurement signal can take place continuously or without interruption in time, preferably with a sampling rate of less than one microsecond.
  • the transmission of the measurement signal to the control unit can take place via radio, via an optical fiber or preferably via a wire, particularly preferably via a shielded wire.
  • the sensor is preferably designed as a current transformer. In principle, however, any type of sensor that can continuously measure the temporal progression of a current in a line and transmit it to a control unit in the form of a measurement signal can be used to implement the solution according to the invention.
  • the control device is preferably designed to detect and/or determine the temporal course of the measuring signal which represents the measured current.
  • the first sensor can be arranged outside a housing of the respective transformer whose voltage is regulated by the on-load tap changer, preferably on a cover of the transformer housing, or inside the transformer housing.
  • the interruption element can be actuated by the control device in such a way that it can interrupt the current flow in the first current line of the on-load tap-changer, so that the current flowing in the first current line is commutated, i.e. transferred, to the parallel path with the current-limiting element and is limited by the current-limiting element.
  • the first power line electrically connects the selector, preferably a first movable selector contact, and the load changeover switch, preferably a first main load branch of the on-load tap changer.
  • the interruption element is arranged in a section of the first power line which is located outside the on-load tap changer, i.e. outside the selector and the load diverter switch.
  • the interruption element has a switching time for interrupting the current flow of less than 1.0 ms, preferably less than 0.5 ms and particularly preferably less than 0.1 ms. Due to the short reaction time of the interruption element, the increasing short-circuit current is commutated to the current-limiting element before the short-circuit current reaches a critical value.
  • the interruption element can be arranged outside the transformer housing, preferably on the cover, or inside the transformer housing.
  • the interruption element is designed as a semiconductor switching element or as an explosive or blasting charge or as a mechanical contact arrangement with an electrodynamic drive.
  • the semiconductor switching elements can be designed as IGBTs and/or thyristors, for example.
  • Explosive or blasting charges for separating electrical connections such as cables or rails are well known from the state of the art.
  • Suitable separating agents include pyrotechnic cutting charges, such as those used in EP0052521A1 described, or detonators, as they have been used in medium voltage applications such as the so-called "I s limiter" for decades.
  • a mechanical contact arrangement with an electrodynamic drive can, for example, be in the form of a contact ring system, as in the DE 199 53 551 C1 described, trained and also be a possible means of interrupting the current flow in the first power line.
  • the current-limiting element is designed for a current intensity that corresponds to a multiple of the rated current, for example twice the rated current of the on-load tap-changer.
  • the rated current which is also referred to in the relevant standards as the rated through-current, is the current for which the on-load tap-changer is designed in continuous operation.
  • a current-limiting element of an on-load tap-changer that has a rated current of 800 A is designed according to this preferred embodiment of the invention in such a way that it can briefly limit a short-circuit current to 1600 A, for example for a period of 50 ms.
  • the current-limiting element can be designed as a resistor, for example as an ohmic resistor, as a PTC thermistor, as a fuse with a fusible conductor or as an inductor, in particular as a coil.
  • One of the switching resistors in the load diverter switch of the on-load tap changer can preferably also be connected in parallel to the first power line as a resistor for the device.
  • the device for current limitation comprises, in addition to the first sensor, a second sensor for measuring the current in a second power line of the on-load tap changer.
  • the second sensor is designed to transmit a second measurement signal, which represents the measured current in the second power line of the on-load tap changer, to the control device.
  • the second power line preferably electrically connects the selector, preferably a second movable selector contact, and the load diverter switch, preferably a second main load branch of the load diverter switch.
  • the second sensor is preferably designed analogously to the first sensor and the second measurement signal is preferably designed analogously to the first measurement signal.
  • the second sensor can be arranged outside the transformer housing, in particular on the cover, or inside the transformer housing.
  • control device is configured to actuate the interruption element when both the first measurement signal and the second measurement signal are greater than or equal to a predetermined limit value.
  • the control device determines, based on the first and second measurement signals, whether both the measured current in the first power line and the measured current in the second power line have reached or exceeded the limit value and actuates the interruption element if this is the case.
  • the set limit value is a maximum current value that is a multiple of the rated current of the on-load tap changer. Accordingly, according to this embodiment of the invention, the limit value for an on-load tap changer with a rated current of, for example, 800 A is set to a maximum current value of 1600 A. In concrete terms, this means that the interruption element is actuated by the control device when a current of at least 1600 A is measured in both the first and the second power lines.
  • the set limit value is a maximum change in the current within a predetermined period of time.
  • a limit value according to this embodiment for an on-load tap changer designed for a nominal current of 800 A is 1.2 A/ ⁇ s.
  • the invention proposes an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.
  • the on-load tap changer has a selector for powerless pre-selection to a selected winding tap, a load changeover switch for the actual load switching from the previous winding tap to the pre-selected winding tap and a first power line that electrically connects the selector and the load changeover switch, preferably a first selector arm and a first main load branch.
  • the on-load tap changer according to the invention comprises a device for limiting a short-circuit current in the on-load tap changer, in particular in the load changeover switch of the on-load tap changer, which is designed according to the first aspect of the invention.
  • the device reference is made to the previous explanations, preferred features and/or advantages in an analogous manner to those already explained for the first aspect of the invention or one of the associated, advantageous embodiments. has been.
  • the on-load tap changer comprises a second power line that electrically connects the selector and the load diverter switch, preferably a second selector arm and a second main load branch.
  • the device comprises a second sensor for measuring the current in the second power line. The second sensor is designed to transmit a second measurement signal, which represents the measured current in the second power line of the on-load tap changer, to the control device.
  • the invention proposes a method for limiting a short-circuit current in an on-load tap changer, in particular in a load diverter switch of the on-load tap changer, wherein the on-load tap changer is designed according to the second aspect of the invention and comprises a device which is designed according to the first aspect of the invention.
  • the method has the following method steps: measuring a current in a first power line of the on-load tap changer by means of a first sensor, transmitting a first measurement signal, which represents the measured current in the first power line of the on-load tap changer, from the first sensor to a control device, actuating an interruption element which is arranged in the first power line of the on-load tap changer in such a way that the current flow in the first power line of the on-load tap changer is interrupted and the current is commutated to a current-limiting element.
  • the current-limiting element is arranged parallel to the interruption element, in particular in a current path parallel to the first power line.
  • the method comprises the further steps of measuring, in addition to the current in the first power line, a current in a second power line of the on-load tap changer by means of a second sensor is measured, in addition to transmitting the first measurement signal, a second measurement signal, which represents the measured current in the second power line of the on-load tap changer, is transmitted from the second sensor to the control device, furthermore the first and the second measurement signal are compared with a set limit value by means of the control device and the interruption element is actuated if both the first measurement signal and the second measurement signal are greater than or equal to the set limit value.
  • a second measurement signal which represents the measured current in the second power line of the on-load tap changer
  • FIG 1 an exemplary embodiment of an on-load tap changer 2 for a tapped transformer 20 is shown schematically.
  • the tapped transformer 20 has a main winding 25 and a control winding 21 with different winding taps N 1 , ..., N J , ..., N N , which are switched on or off by the on-load tap changer 2.
  • the on-load tap changer 2 comprises a selector 11, which can contact the different winding taps N 1 , ..., N J , ..., N N of the control winding 21 by means of two movable selector contacts, and a load changeover switch 8, which carries out the actual load switching from the currently connected to the new, preselected winding tap.
  • the load current flows from the currently connected winding tap N J+1 via the respective selector contact and the load changeover switch 8 to a load discharge 12.
  • FIG 2 a first embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
  • the device 1 serves to limit a short-circuit current in the event of a fault in the on-load tap changer 2, in particular the load diverter switch 8.
  • the load diverter switch 8 has a plurality of switching contacts and resistors for switching.
  • the concrete circuit arrangement of the load diverter switch is not essential for the implementation of the invention, however, and so will not be discussed in more detail here.
  • the on-load tap changer 2 comprises a selector 11 with two movable selector arms, each of which contacts a winding tap N J , N J+1 of a control winding of a tapped transformer (not shown).
  • the device 1 comprises a first sensor 3, which is arranged in a first power line 4, and a second sensor 9, which is arranged in a second power line 10.
  • the sensors 3, 9 serve to continuously measure the current that flows through the respective power line 4, 10 and to continuously transmit the measured current in the form of a measurement signal M1, M2 to a control device 6.
  • the sensors 3, 9 can transmit the measurement signals M1, M2 to the control device 6, for example via a signal connection 13.
  • the first power line 4 connects a first movable selector contact of the selector 11 to the load changeover switch 8 of the on-load tap changer 2.
  • the second power line 10 connects a second movable selector contact of the selector 11 to the load changeover switch 8.
  • An interruption element 5 is arranged in the first power line 4, which according to the first embodiment is designed as an IBGT switch 5 and is designed and operable in such a way that it has a in the load changeover switch 8 can commutate the short-circuit current occurring.
  • the semiconductor switching element 5 is actuated by the control device 6 when both the first measurement signal M1 and the second measurement signal M2 are greater than or equal to a set limit value.
  • the current flow in the first power line 4 is then interrupted by the semiconductor switching element 5, so that the current is commutated to a current-limiting element 7.
  • the current-limiting element 7 is designed here, for example, as an ohmic resistor and is arranged parallel to the semiconductor switching element 5 or in a current path 14 parallel to the first power line 4, and is designed such that it can limit the increasing short-circuit current until a higher-level protection system, for example a circuit breaker, is actuated and the affected tap transformer, which is controlled by the load tap changer 2, is disconnected from the transmission network.
  • a higher-level protection system for example a circuit breaker
  • FIG 3 A second embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
  • the device 1 from the Figure 3 is referred to the previous explanations of the device from Figure 2 in an analogous manner and in the following only the differences to the device from Figure 2
  • the device 1 from Figure 3 has an interruption element 5 and a current-limiting element 7, which are designed, for example, in the form of a current-limiting switching unit, as is known, for example, from DE 199 53 551 C1
  • This switching unit comprises a contact ring system with an electrodynamic drive which interrupts the current flow in the first power line 4 in the event of a short circuit.
  • two parallel commutation paths are provided, for example, wherein the commutation path to which the current is commutated last has a PTC element 7 which serves as a current-limiting element and is designed in such a way that it can limit the short-circuit current until a higher-level protection system takes effect.
  • FIG 4 A third embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
  • Figure 4 shows in particular an exemplary spatial arrangement of the device 1 according to the invention.
  • the device 1 limits a short-circuit current in the event of a fault in the on-load tap changer 2, which regulates the voltage ratio of the tapped transformer 20.
  • the tapped transformer 20 has a housing 23, in particular an oil tank, with a cover 24.
  • the on-load tap changer 2 is arranged under the cover 24 of the transformer, with the selector 11 being located spatially below the load diverter switch 8.
  • the first power line 4 leads from a first selector contact, which contacts a winding tap N J (not shown), via a bushing 22 from the inside of the housing 23 to the outside or from the outside to the inside and finally inside into the load changeover switch 8.
  • the sensor 3 and the interruption element 5 are arranged between the bushings 22.
  • the bushings 22 can, for example, be standard bushings designed in accordance with DIN standards for applications in the 4 kV range.
  • the resistor 7, which is located in the transformer housing 23, is arranged parallel to the first power line 4.
  • one of the switching resistors in the load changeover switch 8 can also serve as a current-limiting element 7 and be connected parallel to the first power line 4.
  • the second power line 10 which leads from a second selector contact that contacts a winding tap N J+1 (not shown) into the load diverter switch 8
  • a second sensor 9 is arranged in a section that lies outside the load diverter switch 8 and the selector 11.
  • the second sensor 9 is therefore located inside the transformer housing 23.
  • the load current is transferred from the load diverter switch 8 via a further bushing 22 from the inside to the outside to a load discharge line 12.
  • the device 1 comprises the first sensor 3, the interruption element 5, the current-limiting element 7 and the control device 6.
  • the method has, for example, the successive steps 100, 200 and 500.
  • a current in a first power line of the on-load tap changer is measured using the first sensor.
  • a first measurement signal which represents the measured current in the first power line of the on-load tap changer, is transmitted from the first sensor to the control device.
  • the interruption element which is arranged in the first power line of the on-load tap changer, is actuated by the control device in such a way that the current flow in the first power line of the on-load tap changer is interrupted and the current is commutated to the current-limiting element.
  • the device 1 additionally comprises the second sensor 9.
  • the method comprises, for example, steps 100, 101, 200, 201, 300, 301 and 400, wherein steps 100 and 200 are identical to steps 100 and 200 from Figure 5
  • the procedure from Figure 6 additionally comprises step 101, according to which, in addition to measuring the current in the first power line in step 100, a current in a second power line of the on-load tap changer is measured by means of the second sensor.
  • step 101 which follows step 101, in addition to transmitting the first measurement signal in step 200, a second measurement signal, which represents the measured current in the second power line of the on-load tap changer, is transmitted from the second sensor to the control device.
  • step 300 which follows step 200, the first measurement signal is compared with a set limit value by means of the control device. If the first measurement signal is greater than or equal to the set limit value (in Fig.6 indicated by “Yes"), in a step 301 the second measurement signal is also compared with the set limit value by means of the control device. If the second measurement signal is also greater than or equal to the set limit value (in Fig.6 indicated by “Yes"), in a next step 400 the interruption element is actuated by the control device.
  • step 300 If it is determined in step 300 that the first measurement signal is below the set limit value (in Fig.6 indicated by "No"), steps 100 and 101 are carried out again.
  • the interrupt element is not activated.
  • step 301 If it is determined in step 301 that the second measurement signal is below the set limit value (in Fig.6 indicated by "No"), steps 100 and 101 are carried out again.
  • the interrupt element is not activated.
  • the second measurement signal can also be compared with the limit value first and then the first measurement signal.

Landscapes

  • Protection Of Transformers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einem Laststufenschalter, insbesondere in einem Lastumschalter des Laststufenschalters sowie einen Laststufenschalter umfassend eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in dem Laststufenschalter.
  • Laststufenschalter dienen bekanntermaßen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators und damit zur Spannungsregelung. Sie bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Vorwahl derjenigen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, sowie einem Lastumschalter zur eigentlichen, unterbrechungslosen Umschaltung von der bisherig beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Für die leistungslose Vorwahl der Wicklungsanzapfungen weist der Wähler in der Regel zwei bewegliche Wählerkontakte auf, welche die Wicklungsanzapfungen beschalten. Der Lastumschalter weist für die eigentliche Lastumschaltung üblicherweise Schaltkontakte und Widerstände auf. Die Schaltkontakte sind in den Hauptlastzweigen des Lastumschalters angeordnet und dienen zur direkten Verbindung der durch den jeweiligen Wählerkontakt beschalteten Wicklungsanzapfung mit einer Lastableitung über den Hauptlastzweig. Die Widerstände dienen zur Begrenzung des kurzzeitig, während des Umschaltvorganges im Lastumschalter fließenden Kreisstroms und werden auch als Überschaltwiderstände bezeichnet.
  • Bei nicht ordnungsgemäßem Betrieb des Laststufenschalters kann es zu Fehlfunktionen des Lastumschalters kommen. Eine mögliche Fehlfunktion ist ein Kurzschluss im Laststufenschalter, genauer im Lastumschalter, ausgelöst durch einen Überschlag zwischen den beiden Hauptlastzweigen. Da die beiden Hauptlastzweige über jeweils einen Wählerkontakt mit einer Wicklungsanzapfung der Regelwicklung elektrisch verbunden sind, kann dies einen Stufenkurzschluss zur Folge haben. Konkret bedeutet das, dass der Kurzschlussstrom über die Hauptlastzweige und die Wählerkontakte über eine Regelstufe der Regelwicklung des Stufentransformators fließt.
  • Um einen Transformator im Falle eines Kurzschlusses vor größeren Schäden oder Zerstörung zu schützen, sind im Übertragungsnetz Leistungsschalter vorgesehen, die dafür ausgelegt sind, im Fehlerfall hohe Ströme sicher abzuschalten. Hierfür benötigen sie jedoch eine relativ lange Zeit, beispielsweise 50 ms. Während dieser Dauer fließt der Kurzschlussstrom unbegrenzt über die leitenden Bauteile von Stufenschalter und Transformator, was zu einer erheblichen Schädigung des Laststufenschalters und der Regelwicklung des Transformators führen kann. Dies gilt es zu vermeiden.
  • Aus der Druckschrift US 3 786 337 A ist ein Laststufenschalter für Stufentransformatoren bekannt, der zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators in einem ersten und in einem zweiten Stromzweig jeweils Thyristoren in Antiparallelschaltung aufweist. Der Laststufenschalter umfasst zusätzlich elektrische Sicherungen mit jeweils parallel geschalteten Widerständen, die im Falle einer Fehlfunktion der Thyristoren das Auftreten von Kurzschlussströmen verhindern.
  • Die Druckschrift CH 404 804 A offenbart eine Schaltanordnung für einen Laststufenschalter, wobei die einzelnen Schaltstrecken mit Doppelkontaktstellen versehen und so miteinander und mit den Überschaltwiderständen verbunden sind, dass bei Schaltungen mit Nennstrom der Lastumschalter als normaler Fahnen-Wimpel-Schalter, bei Überlastströmen jedoch nur als Wimpel-Schalter mit vier in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen wirkt.
  • Die Druckschrift WO 2016/169826 A1 bezieht sich auf einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Transformators mit einem Wähler und einem Lastumschalter. Der Lastumschalter weist einen Umschalter, einen Hauptzweig und einen Hilfszweig mit einem strombegrenzenden Element auf. Ein weiteres Schaltelement ist zwischen dem Hauptzweig und dem Hilfszweig angeordnet.
  • Aus der Druckschrift DE 696 30 608 T2 ist ein Überstromschutz für elektrische Schaltungen bekannt, der eine Hall-Effekt-Einrichtung zur Überwachung des Stromes in der Schaltung umfasst, die bei Erfassen eines Überstroms ein Relais erregt, wodurch der Strom zu einer PTC-Einrichtung umgeleitet wird.
  • Die Druckschrift US 4 184 186 A bezieht sich auf eine Strombegrenzungsvorrichtung für ein elektrisches Wechselstromsystem, die eine strombegrenzende Wirkung auf die erste Stromschleife nach der Fehlereinleitung erreicht, indem der Fehlerstrom schnell durch einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Erde abgeleitet wird.
  • Die Druckschrift DE 10 2016 120 070 A1 offenbart ein Niederspannungs-Schutzschaltgerät mit einer Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Bypass-Schalter und eine Halbleiterschaltungsanordnung bei Detektion eines Kurzschlussstromes durch eine Strommessanordnung anzusteuern.
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche vor. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, im Falle eines Kurzschlusses im Lastumschalter eines Laststufenschalters diesen schnell genug zu erkennen und den ansteigenden Kurzschlussstrom noch vor dem Erreichen kritischer Werte auf einen Widerstand zu kommutieren, der den Strom auf zulässige Werte begrenzt, solange bis ein übergeordnetes Schutzsystem, beispielsweise ein Leistungsschalter, auslöst und den Transformator vom Übertragungsnetz trennt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einem Laststufenschalter, insbesondere in einem Lastumschalter des Laststufenschalters, vor. Die Vorrichtung weist einen ersten Sensor zur Messung eines Stromes in einer ersten Stromleitung des Laststufenschalters, ein Unterbrechungselement, eine Steuereinrichtung und ein strombegrenzendes Element auf. Das Unterbrechungselement ist in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters angeordnet. Das strombegrenzende Element ist in einem Parallelpfad zu dem Unterbrechungselement, also parallel zur ersten Stromleitung angeordnet. Der erste Sensor ist dazu ausgebildet, ein erstes Messsignal, das den gemessenen Strom in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, an die Steuereinrichtung zu übermitteln. Die Strommessung und die Übermittlung des Messsignals kann kontinuierlich bzw. zeitlich ununterbrochen erfolgen, bevorzugt mit einer Abtastrate von weniger als einer Mikrosekunde. Die Übermittlung des Messsignals an die Steuereinheit kann über Funk, über einen Lichtwellenleiter oder bevorzugt über einen Draht, besonders bevorzugt über einen geschirmten Draht erfolgen.
  • Der Sensor ist bevorzugt als Stromwandler ausgebildet. Grundsätzlich ist jedoch jede Art von Sensor, die den zeitlichen Verlauf eines Stromes in einer Leitung kontinuierlich messen und in Form eines Messsignals an eine Steuereinheit weiter übermitteln kann, für die Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung einsetzbar.
  • Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den zeitlichen Verlauf des Messsignals, das den gemessenen Strom repräsentiert, zu erfassen und/oder zu ermitteln.
  • Der erste Sensor kann außerhalb eines Gehäuses des jeweiligen Transformators, dessen Spannung durch den Laststufenschalter geregelt wird, bevorzugt an einem Deckel des Transformatorgehäuses, oder innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sein.
  • Das Unterbrechungselement ist durch die Steuereinrichtung derart betätigbar, dass es die Stromführung in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters unterbrechen kann, sodass der in der ersten Stromleitung geführte Strom auf den Parallelpfad mit dem strombegrenzenden Element kommutiert, also übergeben, und durch das strombegrenzende Element begrenzt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verbindet die erste Stromleitung den Wähler, vorzugsweise einen ersten beweglichen Wählerkontakt, und den Lastumschalter, vorzugsweise einen ersten Hauptlastzweig des Laststufenschalters, elektrisch miteinander.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Unterbrechungselement in einem Abschnitt der ersten Stromleitung angeordnet, der außerhalb des Laststufenschalters, also außerhalb des Wählers und des Lastumschalters liegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Unterbrechungselement eine Schaltzeit zum Unterbrechen der Stromführung von kürzer als 1,0 ms, bevorzugt kürzer als 0,5 ms und besonders bevorzugt kürzer als 0,1 ms auf. Aufgrund der kurzen Reaktionszeit des Unterbrechungselements wird der ansteigende Kurzschlussstrom auf das strombegrenzende Element kommutiert, bevor der Kurzschlussstrom einen kritischen Wert erreicht.
  • Das Unterbrechungselement kann außerhalb des Transformatorgehäuses, bevorzugt am Deckel, oder innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Unterbrechungselement als Halbleiterschaltelement oder als Explosivstoff- oder Sprengladung oder als mechanische Kontaktanordnung mit einem elektrodynamischen Antrieb ausgebildet.
  • Die Halbleiterschaltelemente können beispielsweise als IGBT's und/oder Thyristoren ausgebildet sein. Explosiv- bzw. Sprengladungen zur Trennung von elektrischen Verbindungen wie Kabeln oder Schienen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Geeignete Trennmittel sind unter anderem pyrotechnische Schneidladungen wie zum Beispiel in der EP 0052521 A1 beschrieben, oder Sprengkapseln, wie sie in Mittelspannungsanwendungen wie dem sogenannten "Is-Begrenzer" seit Jahrzehnten zum Einsatz kommen. Eine mechanische Kontaktanordnung mit einem elektrodynamischen Antrieb kann beispielweise in Form eines Kontaktringsystems, wie in der DE 199 53 551 C1 beschrieben, ausgebildet sein und ebenfalls ein mögliches Mittel zur Unterbrechung der Stromführung in der ersten Stromleitung sein.
  • Alle diese Unterbrechungselemente haben den Vorteil, dass sie äußerst kurze Schalt- bzw. Betätigungszeiten im Bereich von 0,1 bis 1,0 ms aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das strombegrenzende Element auf eine Stromstärke ausgelegt, die einem Vielfachen des Nennstromes, beispielsweise dem 2-fachen des Nennstromes des Laststufenschalters entspricht. Der Nennstrom, der in den einschlägigen Normen auch als Bemessungs-Durchgangsstrom bezeichnet wird, ist der Strom, für den der Laststufenschalter im Dauerbetrieb bemessen ist. Demnach ist ein strombegrenzendes Element eines Laststufenschalters, der einen Nennstrom von 800 A aufweist, gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart ausgelegt, dass es kurzzeitig, beispielsweise für eine Zeitspanne von 50 ms, einen Kurzschlussstrom auf 1600 A begrenzen kann.
  • Das strombegrenzende Element kann als Widerstand, beispielsweise als ohmscher Widerstand, als Kaltleiter, als Sicherung mit Schmelzleiter oder als Induktivität, insbesondere als Spule ausgebildet sein. Als Widerstand für die Vorrichtung kann bevorzugt auch einer der Überschaltwiderstände im Lastumschalter des Laststufenschalters parallel zur ersten Stromleitung verschaltet werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur Strombegrenzung neben dem ersten Sensor noch einen zweiten Sensor zur Messung des Stromes in einer zweiten Stromleitung des Laststufenschalters. Der zweite Sensor ist dazu ausgebildet, ein zweites Messsignal, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, an die Steuereinrichtung zu übermitteln. Die zweite Stromleitung verbindet vorzugsweise den Wähler, bevorzugt einen zweiten beweglichen Wählerkontakt, und den Lastumschalter, vorzugsweise einen zweiten Hauptlastzweig des Lastumschalters, elektrisch miteinander. Der zweite Sensor ist bevorzugt analog zum ersten Sensor und das zweite Messsignal bevorzugt analog zum ersten Messsignal ausgebildet. Der zweite Sensor kann außerhalb des Transformatorgehäuses, insbesondere am Deckel, oder innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung konfiguriert, das Unterbrechungselement zu betätigen, wenn sowohl das erste Messsignal als auch das zweite Messsignal größer oder gleich einem festgesetzten Grenzwert ist.
  • Die Steuereinrichtung bestimmt basierend auf dem ersten und dem zweiten Messsignal, ob sowohl der gemessene Strom in der ersten Stromleitung als auch der gemessene Strom in der zweiten Stromleitung den Grenzwert erreicht oder überschritten haben, und betätigt das Unterbrechungselement, wenn dies der Fall ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der festgesetzte Grenzwert ein Maximalwert des Stromes, der ein Vielfaches des Nennstromes des Laststufenschalters beträgt. Demnach wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung der Grenzwert bei einem Laststufenschalter mit einem Nennstrom von beispielsweise 800 A auf einen Maximalwert des Stromes von 1600 A festgelegt. Das bedeutet konkret, dass das Unterbrechungselement durch die Steuereinrichtung betätigt wird, wenn sowohl in der ersten als auch in der zweiten Stromleitung ein Strom von mindestens 1600 A gemessen wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der festgesetzte Grenzwert eine maximale Änderung des Stromes innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne. Beispielsweise beträgt ein Grenzwert gemäß dieser Ausführungsform bei einem Laststufenschalter, der auf einen Nennstrom von 800 A ausgelegt ist, 1,2 A/µs. Das bedeutet konkret, dass das Unterbrechungselement durch die Steuereinrichtung betätigt wird, wenn der in der ersten und der zweiten Stromleitung gemessene Strom innerhalb einer Mikrosekunde um einen Wert von 1,2 A oder größer ansteigt. Dies hat den Vorteil, dass ein auftretender Kurzschlussstrom schneller, beispielsweise innerhalb einer Mikrosekunde erkannt werden kann, da ein ungewöhnlich schneller Anstieg des Stromes über die Sensoren und die Steuereinrichtung frühzeitig detektiert wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt schlägt die Erfindung einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators vor. Der Laststufenschalter hat einen Wähler zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung, einen Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung sowie eine erste Stromleitung, die den Wähler und den Lastumschalter, bevorzugt einen ersten Wählerarm und einen ersten Hauptlastzweig, elektrisch miteinander verbindet. Außerdem umfasst der erfindungsgemäße Laststufenschalter eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in dem Laststufenschalter, insbesondere in dem Lastumschalter des Laststufenschalters, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Bezüglich der Vorrichtung wird auf die vorangegangenen Erläuterungen, bevorzugten Merkmale und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie bereits zu dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Ausführungsformen erläutert worden ist.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der Laststufenschalter eine zweite Stromleitung, die den Wähler und den Lastumschalter, bevorzugt einen zweiten Wählerarm und einen zweiten Hauptlastzweig, elektrisch miteinander verbindet. Außerdem umfasst bei dieser Ausführungsform die Vorrichtung einen zweiten Sensor zur Messung des Stromes in der zweiten Stromleitung. Der zweite Sensor ist dazu ausgebildet, ein zweites Messsignal, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, an die Steuereinrichtung zu übermitteln.
  • Gemäß einem dritten Aspekt schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einem Laststufenschalter, insbesondere in einem Lastumschalter des Laststufenschalters vor, wobei der Laststufenschalter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist und eine Vorrichtung umfasst, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf: Messen eines Stromes in einer ersten Stromleitung des Laststufenschalters mittels eines ersten Sensors, Übermitteln eines ersten Messsignals, das den gemessenen Strom in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, von dem ersten Sensor an eine Steuereinrichtung, Betätigen eines Unterbrechungselementes, das in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters angeordnet ist, derart, dass die Stromführung in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters unterbrochen und der Strom auf ein strombegrenzendes Element kommutiert wird. Das strombegrenzende Element ist parallel zu dem Unterbrechungselement, insbesondere in einem zu der ersten Stromleitung parallelen Strompfad angeordnet.
  • Die Schritte des Verfahrens korrespondieren zu den Merkmalen der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und zu den Merkmalen des Laststufenschalters gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Demnach wird für das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für die Vorrichtung und den Laststufenschalter gemäß dem zweiten und dem dritten Aspekt der Erfindung bereits erläutert worden sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die weiteren Schritte, wonach zusätzlich zum Messen des Stromes in der ersten Stromleitung ein Strom in einer zweiten Stromleitung des Laststufenschalters mittels eines zweiten Sensors gemessen wird, zusätzlich zum Übermitteln des ersten Messsignals ein zweites Messsignal, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, von dem zweiten Sensor an die Steuereinrichtung übermittelt wird, außerdem das erste und das zweite Messsignal mittels der Steuereinrichtung mit einem festgesetzten Grenzwert verglichen wird und das Unterbrechungselement betätigt wird, wenn sowohl das erste Messsignal als auch das zweite Messsignal größer oder gleich dem festgesetzten Grenzwert ist. Zu dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Erläuterungen, bevorzugten Merkmale und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für die entsprechenden, vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung bereits erläutert worden sind.
  • Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen des Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen der Vorrichtung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters in einer schematischen Darstellung;
    Figur 2
    eine erste Ausführungsform der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung;
    Figur 3
    eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung;
    Figur 4
    eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung;
    Figur 5
    eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einer schematischen Darstellung;
    Figur 6
    eine zweite Ausführungsform des Verfahrens in einer schematischen Darstellung.
  • In Figur 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 2 für einen Stufentransformator 20 schematisch dargestellt. Der Stufentransformator 20 weist eine Stammwicklung 25 und eine Regelwicklung 21 mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., NJ, ..., NN auf, die durch den Laststufenschalter 2 zu- bzw. abgeschaltet werden. Dafür umfasst der Laststufenschalter 2 einen Wähler 11, der mittels zwei beweglicher Wählerkontakte die unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen N1, ..., NJ, ..., NN der Regelwicklung 21 kontaktieren kann, und einen Lastumschalter 8, der die eigentliche Lastumschaltung von der aktuell beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung durchführt. In der in Figur 1 dargestellten Position des Lastumschalters 8 fließt der Laststrom von der aktuell beschalteten Wicklungsanzapfung NJ+1 über den jeweiligen Wählerkontakt und den Lastumschalter 8 zu einer Lastableitung 12.
  • In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 1 dient zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes im Fehlerfall des Laststufenschalters 2, insbesondere des Lastumschalters 8. Der Lastumschalter 8 weist für die Umschaltung mehrere Schaltkontakte und Widerstände auf. Die konkrete Schaltungsanordnung des Lastumschalters ist jedoch für die Ausführung der Erfindung nicht wesentlich, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird. Der Laststufenschalter 2 umfasst einen Wähler 11 mit zwei beweglichen Wählerarmen, die jeweils eine Wicklungsanzapfung NJ, NJ+1 einer Regelwicklung eines Stufentransformators (nicht dargestellt) kontaktieren. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Sensor 3, der in einer ersten Stromleitung 4 angeordnet ist, und einen zweiten Sensor 9, der in einer zweiten Stromleitung 10 angeordnet ist. Die Sensoren 3, 9 dienen zur kontinuierlichen Messung des Stromes, der durch die jeweilige Stromleitung 4, 10 fließt und zur kontinuierlichen Übermittlung des gemessenen Stromes in Form eines Messsignals M1, M2 an eine Steuereinrichtung 6. Die Sensoren 3, 9 können die Messsignale M1, M2 beispielsweise über eine Signalverbindung 13 zu der Steuereinrichtung 6 übertragen. Die erste Stromleitung 4 verbindet einen ersten beweglichen Wählerkontakt des Wählers 11 mit dem Lastumschalter 8 des Laststufenschalters 2. Analog dazu verbindet die zweite Stromleitung 10 einen zweiten beweglichen Wählerkontakt des Wählers 11 mit dem Lastumschalter 8. In der ersten Stromleitung 4 ist ein Unterbrechungselement 5 angeordnet, das gemäß der ersten Ausführungsform als IBGT-Schalter 5 ausgebildet, und derart ausgelegt und betätigbar ist, dass es einen bei einem Fehlerfall im Lastumschalter 8 auftretenden Kurzschlussstrom kommutieren kann. Betätigt wird das Halbleiterschaltelement 5 durch die Steuereinrichtung 6, wenn sowohl das erste Messsignal M1 als auch das zweite Messsignal M2 größer oder gleich einem festgesetzten Grenzwert ist. Dann wird die Stromführung in der ersten Stromleitung 4 durch das Halbleiterschaltelement 5 unterbrochen, sodass der Strom auf ein strombegrenzendes Element 7 kommutiert wird. Das strombegrenzende Element 7 ist hier beispielsweise als ohmscher Widerstand ausgebildet und parallel zum Halbleiterschaltelement 5, bzw. in einem zur ersten Stromleitung 4 parallelen Strompfad 14 angeordnet und derart ausgelegt, dass es den ansteigenden Kurzschlussstrom so lange begrenzen kann, bis ein übergeordnetes Schutzsystem, beispielsweise ein Leistungsschalter betätigt, und der betroffene Stufentransformator, der durch den Laststufenschalter 2 geregelt wird, von dem Übertragungsnetz getrennt wird.
  • In Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Bezüglich der Vorrichtung 1 aus der Figur 3 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu der Vorrichtung aus Figur 2 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu der Vorrichtung aus Figur 2 eingegangen. Die Vorrichtung 1 aus Figur 3 weist ein Unterbrechungselement 5 und ein strombegrenzendes Element 7 auf, die beispielhaft in Form einer strombegrenzenden Schalteinheit ausgebildet sind, wie sie beispielsweise aus der DE 199 53 551 C1 bekannt ist. Diese Schalteinheit umfasst ein Kontaktringsystem mit einem elektrodynamischen Antrieb, das im Kurzschlussfall die Stromführung in der ersten Stromleitung 4 unterbricht. Für die Kommutierung des Stromes sind beispielhaft zwei parallele Kommutierungspfade vorgesehen, wobei der Kommutierungspfad, auf den der Strom als letztes kommutiert wird, ein PTC-Element 7 aufweist, welches als strombegrenzendes Element dient und derart ausgebildet ist, dass es den Kurzschlussstrom begrenzen kann, bis ein übergeordnetes Schutzsystem greift.
  • In Figur 4 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Figur 4 zeigt insbesondere eine beispielhafte, räumliche Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Bezüglich der Vorrichtung 1 aus der Figur 4 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu der Vorrichtung 1 aus den Figuren 3 und 4 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede und ergänzende Merkmale eingegangen. Die Vorrichtung 1 begrenzt einen Kurzschlussstrom bei einem Fehlerfall des Laststufenschalters 2, der das Spannungsverhältnis des Stufentransformators 20 regelt. Der Stufentransformator 20 weist ein Gehäuse 23, insbesondere einen Öltank, mit einen Deckel 24 auf. Der Laststufenschalter 2 ist unter dem Deckel 24 des Transformators angeordnet, wobei sich der Wähler 11 räumlich unterhalb des Lastumschalters 8 befindet. Der in der ersten Stromleitung 4 angeordnete erste Sensor 3 sowie das Unterbrechungselement 5, das als hier beispielhaft als Sprengladung in Form einer Sprengkapsel ausgebildet ist, sind außerhalb des Transformatorgehäuses 23 auf dem Deckel 20 angebracht. Die erste Stromleitung 4 führt von einem ersten Wählerkontakt, der eine Wicklungsanzapfung NJ kontaktiert (nicht dargestellt), über jeweils eine Durchführung 22 vom Inneren des Gehäuses 23 nach außen bzw. von außen nach innen und im Inneren schließlich in den Lastumschalter 8. Der Sensor 3 und das Unterbrechungselement 5 sind zwischen den Durchführungen 22 angeordnet. Die Durchführungen 22 können beispielsweise gemäß DIN-Norm ausgebildete Standard-Durchführungen für Anwendungen im 4 kV-Bereich sein. Parallel zur ersten Stromleitung 4 ist der Widerstand 7 angeordnet, welcher sich im Transformatorgehäuse 23 befindet. Alternativ kann auch einer der Überschaltwiderstände im Lastumschalter 8 als strombegrenzendes Element 7 dienen und parallel zur ersten Stromleitung 4 geschaltet werden. In der zweiten Stromleitung 10, die von einem zweiten Wählerkontakt, der eine Wicklungsanzapfung NJ+1 kontaktiert (nicht dargestellt), in den Lastumschalter 8 führt, ist in einem Abschnitt, der außerhalb des Lastumschalters 8 und des Wählers 11 liegt, ein zweiter Sensor 9 angeordnet. Der zweite Sensor 9 befindet sich demnach innerhalb des Transformatorgehäuses 23. Es wäre jedoch ebenso möglich, den Sensor 9 außerhalb des Transformatorgehäuses 23, beispielsweise am Deckel 24 anzubringen und die zweite Stromleitung 10 hierfür über Durchführungen 22 vom Inneren des Gehäuses 23 nach außen bzw. von außen nach innen zu führen. Der Laststrom wird aus dem Lastumschalter 8 über eine weitere Durchführung 22 von innen nach außen zu einer Lastableitung 12 übertragen.
  • In Figur 5 ist eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 den ersten Sensor 3, das Unterbrechungselement 5, das strombegrenzende Element 7 und die Steuereinrichtung 6. Das Verfahren weist beispielhaft die aufeinanderfolgenden Schritte 100, 200 und 500 auf.
  • In einem Schritt 100 wird mittels dem ersten Sensor ein Strom in einer ersten Stromleitung des Laststufenschalters gemessen. In einem nächsten Schritt 200 wird ein erstes Messsignal, das den gemessenen Strom in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, von dem ersten Sensor an die Steuereinrichtung übermittelt. In einem weiteren nächsten Schritt 500 wird das Unterbrechungselement, das in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters angeordnet ist, von der Steuereinrichtung derart betätigt, dass die Stromführung in der ersten Stromleitung des Laststufenschalters unterbrochen, und der Strom auf das strombegrenzende Element kommutiert wird.
  • In Figur 6 ist eine zweite Ausführungsform des Verfahrens schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 zusätzlich den zweiten Sensor 9. Das Verfahren weist beispielhaft die Schritte 100, 101, 200, 201, 300, 301 und 400 auf, wobei die Schritte 100 und 200 identisch zu den Schritten 100 und 200 aus Figur 5 ausgebildet sind. Das Verfahren aus Figur 6 umfasst zusätzlich den Schritt 101, wonach zusätzlich zum Messen des Stromes in der ersten Stromleitung in Schritt 100 mittels dem zweiten Sensor ein Strom in einer zweiten Stromleitung des Laststufenschalters gemessen wird. In einem nächsten Schritt 201, der auf Schritt 101 folgt, wird zusätzlich zum Übermitteln des ersten Messsignals in Schritt 200 ein zweites Messsignal, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung des Laststufenschalters repräsentiert, von dem zweiten Sensor an die Steuereinrichtung übermittelt. In einem weiteren Schritt 300, der auf Schritt 200 folgt, wird mittels der Steuereinrichtung das erste Messsignal mit einem festgesetzten Grenzwert vergleichen. Wenn das erste Messsignal größer oder gleich dem festgesetzten Grenzwert ist (in Fig. 6 durch "Yes" angezeigt), wird in einem Schritt 301 ebenfalls mittels der Steuereinrichtung das zweite Messsignal mit dem festgesetzten Grenzwert verglichen. Wenn auch das zweite Messsignal größer oder gleich dem festgesetzten Grenzwert ist (in Fig. 6 durch "Yes" angezeigt), wird in einem nächsten Schritt 400 das Unterbrechungselement durch die Steuereinrichtung betätigt.
  • Für den Fall, dass in Schritt 300 festgestellt wird, dass das erste Messsignal unter dem festgesetzten Grenzwert liegt (in Fig. 6 durch "No" angezeigt), werden die Schritte 100 und 101 erneut ausgeführt. Das Unterbrechungselement wird nicht betätigt.
  • Für den Fall, dass in Schritt 301 festgestellt wird, dass das zweite Messsignal unter dem festgesetzten Grenzwert liegt (in Fig. 6 durch "No" angezeigt), werden die Schritte 100 und 101 erneut ausgeführt. Das Unterbrechungselement wird nicht betätigt.
  • Alternativ zu der Abfolge, dass auf den Schritt 300 der Schritt 301 folgt kann auch zuerst das zweite Messsignal mit dem Grenzwert verglichen werden und anschließend das erste Messsignal.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Laststufenschalter
    3
    erster Sensor
    4
    erste Stromleitung
    5
    Unterbrechungselement
    6
    Steuereinrichtung
    7
    strombegrenzendes Element
    8
    Lastumschalter
    9
    zweiter Sensor
    10
    zweite Stromleitung
    11
    Wähler
    12
    Lastableitung
    13
    Signalverbindung
    14
    Strompfad
    20
    Stufentransformator
    21
    Regelwicklung
    22
    Durchführung
    23
    Gehäuse von 20
    24
    Deckel von 20
    25
    Stammwicklung
    (N1, ..., NJ, ..., NN)
    Wicklungsanzapfungen
    M1, M2
    Messsignale
    100
    Verfahrensschritt
    101
    Verfahrensschritt
    200
    Verfahrensschritt
    201
    Verfahrensschritt
    300
    Verfahrensschritt
    301
    Verfahrensschritt
    400
    Verfahrensschritt
    500
    Verfahrensschritt

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einem Laststufenschalter (2), insbesondere in einem Lastumschalter (8) des Laststufenschalters (2), umfassend
    - einen ersten Sensor (3) zur Messung eines Stromes in einer ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2),
    - ein Unterbrechungselement (5),
    - eine Steuereinrichtung (6), und
    - ein strombegrenzendes Element (7),
    wobei
    - das Unterbrechungselement (5) in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) angeordnet ist,
    - das strombegrenzende Element (7) parallel zu dem Unterbrechungselement (5) angeordnet ist,
    - der erste Sensor (3) dazu ausgebildet ist, ein erstes Messsignal M1, das den gemessenen Strom in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) repräsentiert, an die Steuereinrichtung (6) zu übermitteln,
    - das Unterbrechungselement (5) durch die Steuereinrichtung (6) derart betätigbar ist, dass es die Stromführung in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) unterbrechen kann, sodass der geführte Strom auf das strombegrenzende Element (7) kommutiert wird,
    wobei
    - die Vorrichtung (1) einen zweiten Sensor (9) zur Messung des Stromes in einer zweiten Stromleitung (10) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Messsignal M2, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung (10) repräsentiert, an die Steuereinrichtung (6) zu übermitteln,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Steuereinrichtung (6) konfiguriert ist, das Unterbrechungselement (5) zu betätigen, wenn sowohl das erste Messsignal M1 als auch das zweite Messsignal M2 größer oder gleich einem festgesetzten Grenzwert ist.
  2. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Unterbrechungselement (5) eine Schaltzeit zum Unterbrechen der Stromführung von kürzer als 1 Millisekunde aufweist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Unterbrechungselement (5) als Halbleiterschaltelement oder als Explosivstoff- oder Sprengladung oder als mechanische Kontaktanordnung mit einem elektrodynamischen Antrieb ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das strombegrenzende Element (7) auf eine Stromstärke ausgelegt ist, die einem Vielfachen des Nennstromes des Laststufenschalters (2) entspricht.
  5. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das strombegrenzende Element (7) als Widerstand, oder als Induktivität, insbesondere als Spule ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der festgesetzte Grenzwert ein Maximalwert des Stromes ist, der ein Vielfaches des Nennstroms des Laststufenschalters (2) beträgt.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der festgesetzte Grenzwert eine maximale Änderung des Stromes innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ist.
  8. Laststufenschalter (2) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (N1, ...NJ, ..., NN) eines Stufentransformators (20), umfassend
    - einen Wähler (11) zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung (NJ),
    - einen Lastumschalter (8) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung (NJ-1) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (NJ),
    - eine erste Stromleitung (4) und eine zweite Stromleitung (10), die den Wähler (11) und den Lastumschalter (8) elektrisch miteinander verbinden,
    - eine Vorrichtung (1), die gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes in einem Laststufenschalter (2), der gemäß dem vorherigen Anspruch ausgebildet ist, und der eine Vorrichtung (1) umfasst, die gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    - 100: Messen eines Stromes in einer ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) mittels eines ersten Sensors (3),
    - 200: Übermitteln eines ersten Messsignals M1, das den gemessenen Strom in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) repräsentiert, von dem ersten Sensor (3) an eine Steuereinrichtung (6),
    - 500: Betätigen eines Unterbrechungselementes (5), das in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) angeordnet ist, derart, dass die Stromführung in der ersten Stromleitung (4) des Laststufenschalters (2) unterbrochen und der Strom auf ein strombegrenzendes Element (7) kommutiert wird.
  10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
    - in einem Schritt (101) zusätzlich zum Messen des Stromes in der ersten Stromleitung (4) ein Strom in einer zweiten Stromleitung (10) des Laststufenschalters (2) mittels eines zweiten Sensors (9) gemessen wird,
    - in einem Schritt (201) zusätzlich zum Übermitteln des ersten Messsignals M1 ein zweites Messsignal M2, das den gemessenen Strom in der zweiten Stromleitung (10) des Laststufenschalters (2) repräsentiert, von dem zweiten Sensor (9) an die Steuereinrichtung (6) übermittelt wird,
    - in einem Schritt (300) das erste Messsignal M1 mit einem festgesetzten Grenzwert verglichen wird mittels der Steuereinrichtung (6),
    - in einem Schritt (301) das zweite Messsignal M2 mit einem festgesetzten Grenzwert verglichen wird mittels der Steuereinrichtung (6),
    - in einem Schritt (400) das Unterbrechungselement (5) betätigt wird, wenn sowohl das erste Messsignal M1 als auch das zweite Messsignal M2 größer oder gleich dem festgesetzten Grenzwert ist.
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