EP4500566A1 - Verfahren zur betätigung eines laststufenschalters sowie laststufenschaltervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur betätigung eines laststufenschalters sowie laststufenschaltervorrichtung

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EP4500566A1
EP4500566A1 EP23735969.0A EP23735969A EP4500566A1 EP 4500566 A1 EP4500566 A1 EP 4500566A1 EP 23735969 A EP23735969 A EP 23735969A EP 4500566 A1 EP4500566 A1 EP 4500566A1
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EP
European Patent Office
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control device
load tap
current
tap changer
parameter
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EP23735969.0A
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Andreas Sachsenhauser
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4500566B1 publication Critical patent/EP4500566B1/de
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an on-load tap changer and an on-load tap changer device.
  • switches there are a variety of switches in substations for different tasks and with different requirements. In order to operate the respective switches, they must be driven via a drive system. These switches include, among other things, on-load tap changers, diverter switches, selectors, double turners, turners, preselectors, circuit breakers, load switches or disconnectors.
  • on-load tap changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical equipment, such as a power transformer. This allows, for example, the transformation ratio of the transformer or the inductance of the choke to be changed.
  • On-load tap changers are usually operated using a combination of motor drive and spring energy storage. Actuation takes place immediately after the switching command, i.e. at any time. The occurrence of inrush is ignored here.
  • the invention proposes a method for actuating an on-load tap changer by means of a drive, a sensor and a control device, comprising the following steps: receiving a switching command for actuating the on-load tap changer by the control device;
  • the method is based on the idea of monitoring the current flow within the tap transformer, on-load tap changer or vacuum interrupter, before or after a switching command and detecting any inrush that occurs before the on-load tap changer is actually actuated.
  • the distances between the current zero crossings are then determined based on the current zero crossings determined in the past or after the switching command.
  • a characteristic value derived from these distances is compared with a limit value. If the limit value is adhered to, inrush can be ruled out so that the actuation can be carried out safely and reliably. However, if an inrush occurs before or after the switching command, the operation is canceled or paused. Inrush in the sense of the invention is to be understood as the occurrence of irregularities in the current flow.
  • the actuation of the on-load tap changer is not started immediately, but rather the past current curve or the current curve after the switching command is checked for irregularities. The actual actuation only takes place when no irregularities have been detected.
  • the current flow can be recorded in any way.
  • the current curve is recorded via one or more sensors on the tap transformer or on-load tap changer and transmitted to the control device.
  • the recorded current curve is processed in the control device, evaluated and several successive points in time in the current curve are determined.
  • the times are current zero crossings.
  • at least three consecutive times at which the current is zero are determined.
  • the starting time is determined in the course of the current.
  • the past current profile is determined by the starting time or the future current profile is determined by the starting time.
  • the past current curve before the start time is either already stored in the control device or is saved after the start time.
  • several distances between the several successive times of the current zero crossings are determined by means of a control device. For three points in time, two distances are determined. In particular, the distance between the first and the second time and the distance between the second and the third time are determined.
  • a parameter is determined from the several distances using a control device.
  • the parameter can be a ratio, average, etc.
  • the characteristic value is compared with a limit value using a control device.
  • the limit value is stored in the control device. The limit can be adjusted manually or automatically.
  • the on-load tap changer is actuated by activating the drive using a control device if the parameter meets or falls below the limit value.
  • the actual actuation is paused or aborted if the characteristic value exceeds the limit value. Pausing or suspending the operation can take, for example, several seconds, for example 1 to 10 seconds. After pausing, the current curve is recorded again and the process is repeated until an operation is possible.
  • an on-load tap changer device comprising: an on-load tap changer; a sensor; a drive; a control device; wherein the control device is set up and designed to receive a switching command for actuating the on-load tap changer; to record a current curve via the sensor; to determine several consecutive times for current zero crossings of the current curve; to determine several intervals between the times of current zero crossings; to derive a parameter from the several distances; to compare the parameter with a limit value; to cancel or pause the operation by the control device, if the parameter exceeds the limit value;
  • the on-load tap changer is operated using the drive if the parameter is within or below the limit value.
  • the on-load tap changer device has an on-load tap changer with a diverter switch and a selector.
  • the diverter switch has at least one vacuum interrupter.
  • the on-load tap changer device has a drive, a sensor and a control device.
  • the on-load tap changer device makes it possible to check the current flow before actuating the on-load tap changer and thus ensure safe operation when inrush occurs.
  • the control device is designed and set up to detect, store and process a current curve via a sensor or several sensors permanently during operation of the step transformer, i.e. before a switching command. For this purpose, it has a corresponding computing unit and/or a processor and/or a memory.
  • the control device is designed and set up to detect, store and process a current curve via one or more sensors after a switching command. For this purpose, it has a corresponding computing unit and/or a processor and/or a memory.
  • control device is designed and set up to control the drive, which in turn operates the on-load tap changer.
  • Figure 1 shows a step transformer with an on-load tap changer
  • Figure 2 shows a process sequence
  • FIG. 3 is a diagram to explain the method
  • Figure 4 shows another diagram of a further embodiment to explain the method.
  • FIG. 1 shows an on-load tap changer device 1.
  • the on-load tap changer device 1 comprises a control device 2, at least one sensor 5 and an on-load tap changer 4.
  • the control device 2 is connected to a drive 3 of the on-load tap changer 4.
  • the control device 2 is set up and designed to control the drive 3 so that it operates the on-load tap changer 4.
  • the control device 2 is connected to a sensor 5 or several sensors 5, which measures a current that passes through the Step transformer 7, a vacuum interrupter 6 or the on-load tap changer 4 flows.
  • the control device 2 is designed and set up to detect, measure and evaluate the current detected by the sensor 5 or the sensors 5. In particular, the control device 2 determines the current curve, i.e. when the current has or assumes the value zero and at what frequency this happens.
  • the sensor 5 can be arranged, for example, on the step transformer 7, in particular on the high-voltage side 8 or the low-voltage side 9. Furthermore, a sensor 5 can be arranged in the on-load tap changer 4, directly on the vacuum interrupter 6 or at any other position that is suitable for detecting the course of the current.
  • the control device 2 records the current curve permanently before an actuation or only when a switching command has been received in the control device 2.
  • the control unit 2 accordingly has a computing unit and/or a processor and/or a memory.
  • the drive 3 is mechanically connected to the on-load tap changer 4 and thus also to the vacuum interrupter 6 via a drive train 10.
  • the drive is set up and designed to operate the on-load tap changer or to execute the switching command from the control unit.
  • the control device 2 can be arranged as an independent device on the step transformer 7 or in a control room. Furthermore, the control device 2 can be designed as part of a drive control of the on-load tap changer 4 or as part of a voltage regulator. The control device 2 is designed and set up to control the drive 3.
  • the step transformer 7 has a main winding 11 and a control winding 12.
  • the on-load tap changer 4 is connected to the control winding 12 via the winding taps 13.
  • the main winding 11 and the control winding 12 are arranged on the high-voltage side 8 (in rare cases also on the low-voltage side).
  • the step transformer 7 has an undervoltage winding 14, which is inductively coupled to the main winding 11 and the control winding 12.
  • Figure 2 shows a flowchart of a method for operating an on-load tap changer.
  • “before an on-load tap changer is actuated” means that the detection of irregular current curves can take place before a switching command or even after a switching command. Before a switching command, the connection is drive is carried out permanently during operation. If an irregularity is already detected here, the operation is aborted immediately after the switching command or it is paused for a specified time and the process is run again until an operation can be carried out.
  • the control device 2 receives a switching command at a starting time TO for actuating the on-load tap changer 4.
  • the switching command can either be a manual switching command or also come from a voltage regulator.
  • a current curve is recorded via a sensor 5 and transmitted to the control device.
  • the current curve can be recorded both after the switching command and before the switching command.
  • a next step 32 several successive times T1, T2, T3, Tx with current zero crossings of the current curve 20 are determined by the control device.
  • T1, T2, T3, Tx are determined by the control device.
  • the newly recorded current curve or the current curve before the switching command is used.
  • the distances A1, A2, Ax are determined based on the times T1, T2, T3, Tx of the current zero crossings.
  • a characteristic value K is formed based on the distances A1, A2, Ax.
  • a next step 35 the determined characteristic value K is compared with a limit value G. If the limit value G is maintained or undershot by the characteristic value K, the actual actuation of the on-load tap changer 4 takes place in the next step 36. For this purpose, the control device 2 controls the drive 3 accordingly.
  • the actuation is aborted in a next step 37.
  • the limit value G is exceeded in the next step 38, the actuation can be paused for a certain time and the process can be started again.
  • FIG. 3 serves to illustrate the method according to the invention.
  • the current curve t over time (in ms) within a step transformer is shown on the X axis.
  • the Y-axis shows the level of the current I in amperes.
  • the course of the current or the course of the current is sinusoidal or approximately sinusoidal.
  • the curve of the current profile 20 intersects the X-axis in the current zero crossings. This means that flows at these times T1, T2, T3, Tx no current through the tap transformer and the vacuum interrupter 6 or the on-load tap changer 4.
  • a switching command for actuating or beginning to actuate the on-load tap changer 4 is received in the control unit 2.
  • This time is assumed to be the possible starting time TO of a load switchover. Starting from this starting time TO, at least three next times T1, T2 and T3 of the next current zero crossings are determined.
  • the distances A1 and A2 between the determined times T1, T2, T3 are determined. Specifically, the first distance A1 between the first and the second times T1, T2 and the second distance A2 between the second and the third times T2 and T3 are determined. The distances A1 and A2 indicate how much time has passed between the points in time.
  • a parameter K is determined based on the sections A1, A2, Ax. For example, the sections A1 and A2 or all of the determined sections can be placed in a relationship to one another. Ideally, for example, A1 and A2 are the same size and the ratio is therefore one.
  • the parameter K it is compared with a limit value G. If the parameter K exceeds the limit value G, the operation is aborted or paused. Pausing means that the circuit is suspended for a defined time and the procedure is then carried out again. If the limit value is maintained or fallen below, the on-load tap changer is actuated by means of the drive, which is controlled by the control device.
  • the current curve is carried out based on three times T1, T2, T3, i.e. three current zero crossings.
  • T1, T2, T3 i.e. three current zero crossings.
  • the way in which a characteristic value K is determined and how the limit value G is defined can also be adjusted as desired.
  • Figure 4 serves to illustrate the method according to the invention according to a further embodiment.
  • the current curve t over time (in ms) within a step transformer is shown on the X axis.
  • the Y-axis shows the level of the current I in amperes.
  • the course of the current or the course of the current is sinusoidal or approximately sinusoidal.
  • the curve of the current curve intersects the X-axis with the current zero crossing corridors. This means that no current flows through the tap transformer and the vacuum interrupter 6 or the on-load tap changer 4 at these times T1, T2, T3, Tx.
  • a switching command for actuation or the start of actuation of the on-load tap changer 4 is received in the control unit 2 .
  • This time is assumed to be the start time TO of a load changeover. Starting from this starting time TO, at least three times T1, T2 and T3 of the past current zero crossings are determined, i.e. before the starting time TO. This is possible because the current curve was already monitored and recorded before the switching command.
  • the distances A1 and A2 between the determined times T1, T2, T3 are determined. Specifically, the first distance A1 between the first and the second times T1, T2 and the second distance A2 between the second and the third times T2 and T3 are determined. The distances A1 and A2 indicate how much time has passed between the points in time.
  • a parameter K is determined based on the sections A1, A2, Ax. For example, the sections A1 and A2 or all of the determined sections can be placed in a relationship to one another. Ideally, for example, A1 and A2 are the same size and the ratio is therefore one.
  • the parameter K it is compared with a limit value G. If the parameter K exceeds the limit value G, the operation is aborted or paused. Pausing means that the circuit is suspended for a defined time and the procedure is then carried out again. If the limit value is maintained or fallen below, the on-load tap changer is actuated by means of the drive, which is controlled by the control device.
  • the current curve is carried out based on three times T1, T2, T3, i.e. three current zero crossings.
  • T1, T2, T3 i.e. three current zero crossings.
  • the way in which a characteristic value K is determined and how the limit value G is defined can also be adjusted as desired.
  • the method makes it possible to check the current curve for irregularities before a switching command and also immediately afterwards.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters (4) mittels eines Antriebs (3), einem Sensor (5) und einer Steuervorrichtung (2), umfassend folgende Schritte: - Empfangen eines Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters (4) durch die Steuervorrichtung (2); - Erfassen eines Stromverlaufs (20) über den Sensor (5); - Bestimmen von mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) durch die Steuervorrichtung (2); - Bestimmen von mehreren Abständen (A1, A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung (2); - Ableiten einer Kenngröße (K) aus den mehreren Abständen (A1, A2, Ax) durch die Steuervorrichtung (2); - Vergleichen der Kenngröße (K) mit einem Grenzwert (G) durch die Steuervorrichtung (2); - Abbrechen oder pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung (2), wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) überschreitet; - Durchführen der Betätigung, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) einhält oder unterschreitet durch Steuerung des Antriebes (3) durch die Steuervorrichtung (2).

Description

Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters sowie Laststufenschaltervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters sowie eine Laststufenschaltervorrichtung.
In Umspannwerken existiert eine Vielzahl an Schaltern für unterschiedliche Aufgaben und mit unterschiedlichen Anforderungen. Für die Betätigung der jeweiligen Schalter müssen diese über ein Antriebssystem angetrieben werden. Bei diesen Schaltern handelt es sich unter anderem um Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter.
So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators. Dadurch können beispielsweise das Übersetzungsverhältnis des Transformators oder die Induktivität der Drossel verändert werden.
Laststufenschalter werden üblicherweise mittels einer Kombination aus Motorantrieb und Federenergiespeicher betätigt. Die Betätigung erfolgt unmittelbar nach dem Schaltbefehl, also zu einem beliebigen Zeitpunkt. Das Auftreten von Inrush wird hierbei außer Acht gelassen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters anzugeben, welches eine sichere Umschaltung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters mittels eines Antriebs, einem Sensor und einer Steuervorrichtung vor, umfassend folgende Schritte: Empfangen eines Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters durch die Steuervorrichtung;
Erfassen eines Stromverlaufs über den Sensor;
Bestimmen von mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs durch die Steuervorrichtung;
Bestimmen von mehreren Abständen zwischen den Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung;
Ableiten einer Kenngröße aus den mehreren Abständen durch die Steuervorrichtung; Vergleichen der Kenngröße mit einem Grenzwert durch die Steuervorrichtung;
Abbrechen oder pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung, wenn die Kenngröße den Grenzwert überschreitet;
Durchführen der Betätigung, wenn die Kenngröße den Grenzwert einhält oder unterschreitet durch Steuerung des Antriebes durch die Steuervorrichtung.
Das Verfahren beruht auf der Idee, den Stromverlauf innerhalb des Stufentransformators Laststufenschalters oder Vakuumschaltröhre, vor oder nach einem Schaltbefehlt zu überwachen und einen auftretenden Inrush vor der eigentlichen Betätigung des Laststufenschalters zu detektieren. Anhand der ermittelten Stromnulldurchgänge in der Vergangenheit oder nach dem Schaltbefehl werden dann die Abstände zwischen den Stromnulldurchgängen bestimmt. Ein aus diesen Abständen abgeleiteter Kennwert wird mit einem Grenzwert verglichen. Bei Einhaltung des Grenzwertes kann ein Inrush ausgeschlossen werden, sodass die Betätigung sicher und zuverlässig durchgeführt werden kann. Sollte jedoch ein Inrush vor oder nach dem Schaltbefehlt auftreten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Als Inrush im Sinne der Erfindung ist das Auftreten von Unregelmäßigkeiten im Stromverlauf zu verstehen.
Nach dem Empfangen des Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters durch die Steuervorrichtung wird nicht unmittelbar mit der Betätigung des Laststufenschalters begonnen, sondern zunächst der vergangene Stromverlauf oder der Stromverlauf nach dem Schaltbefehl auf Unregelmäßigkeiten überprüft. Die eigentliche Betätigung erfolgt entsprechend erst dann, wenn keine Unregelmäßigkeiten festgestellt wurden.
Der Stromverlauf kann auf beliebige Art und Weise erfasst werden. Insbesondere wird der Stromverlauf über einen oder mehrere Sensoren am Stufentransformator oder Laststufenschalter erfasst und an die Steuervorrichtung übermittelt.
Der erfasste Stromverlauf wird in der Steuervorrichtung verarbeitet, ausgewertet und mehrere aufeinanderfolgende Zeitpunkte im Stromverlauf bestimmt. Bei den Zeitpunkten handelt es sich um Stromnulldurchgänge. Vorzugsweise werden mindestens drei aufeinanderfolgende Zeitpunkte, an denen der Strom Null ist, bestimmt. Weiterhin wird der Startzeitpunkt im Stromverlauf bestimmt. Je nach Ausprägung wird der vergangene Stromverlauf vom Startzeitpunkt oder der zukünftige Stromverlauf vom Startzeitpunkt bestimmt. Hierbei ist der vergangene Stromverlauf vor dem Starzeitpunkt entweder in der Steuervorrichtung bereits gespeichert oder wird nach dem Startzeitpunkt gespeichert. Weiterhin werden mittels Steuervorrichtung mehrere Abstände zwischen den mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge bestimmt. Bei drei Zeitpunkten werden zwei Abstände bestimmt. Insbesondere werden der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt und der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt bestimmt.
Weiterhin wird mittels Steuervorrichtung aus den mehreren Abständen eine Kenngröße bestimmt. Die Kenngröße kann ein Verhältnis, Mittelwert, etc. sein. Der Kennwert wird mittels Steuervorrichtung mit einem Grenzwert verglichen. Der Grenzwert ist in der Steuervorrichtung gespeichert. Der Grenzwert kann manuell oder automatisch angepasst werden.
Weiterhin wird mittels Steuervorrichtung die Betätigung des Laststufenschalters durch das Ansteuern des Antriebs durchgeführt, wenn die Kenngröße den Grenzwert einhält oder unterschreitet. Die eigentliche Betätigung wird pausiert oder abgebrochen, wenn der Kennwert den Grenzwert überschreitet. Das Pausieren oder das Aussetzten der Betätigung kann beispielsweise mehrere Sekunden, beispielsweise 1 bis 10 Sekunden, dauern. Nach dem Pausieren wird der Stromverlauf erneut erfasst und das Verfahren erneut durchlaufen, bis eine Betätigung möglich ist.
Weiterhin schlägt die Erfindung eine Laststufenschaltervorrichtung vor, umfassend: einen Laststufenschalter; einen Sensor; einen Antrieb; eine Steuervorrichtung; wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet ist einen Schaltbefehl zum Betätigen des Laststufenschalters zu empfangen; einen Stromverlauf über den Sensor zu erfassen; mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs zu bestimmten; mehrere Abstände zwischen den Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge zu bestimmen; eine Kenngröße aus den mehreren Abständen abzuleiten; die Kenngröße mit einem Grenzwert zu vergleichen; die Betätigung durch die Steuervorrichtung abzubrechen oder zu pausieren, wenn die Kenngröße den Grenzwert überschreitet; die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs durchzuführen, wenn die Kenngröße den Grenzwert eingehalten oder unterschritten wird.
Die Laststufenschaltervorrichtung weist einen Laststufenschalter mit einem Lastumschalter und einem Wähler auf. Der Lastumschalter weist mindestens eine Vakuumschaltröhre auf. Weiterhin weist die Laststufenschaltervorrichtung einen Antrieb, einen Sensor und eine Steuervorrichtung auf. Die Laststufenschaltervorrichtung ermöglicht es den Stromverlauf vor der Betätigung des Laststufenschalters zu prüfen und damit eine sichere Betätigung bei auftretendem Inrush sicherzustellen. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet einen Stromverlauf über einen Sensor oder mehrere Sensoren permanent während des Betriebs des Stufentransformators, also vor einem Schaltbefehlt zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten. Hierfür weist diese entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet einen Stromverlauf über einen Sensor oder mehrere nach einem Schaltbefehlt zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten. Hierfür weist diese entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf.
Weiterhin ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet den Antrieb zu steuern, welcher wiederum den Laststufenschalter betätigt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Es zeigen
Figur 1 einen Stufentransformator mit einem Laststufenschalter;
Figur 2 einen Verfahrensablauf;
Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens;
Figur 4 ein weiteres Diagramm einer weiteren Ausführungsform zur Erläuterung des Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine Laststufenschaltervorrichtung 1 . Die Laststufenschaltervorrichtung 1 umfasst eine Steuervorrichtung 2, mindestens einen Sensor 5 und einen Laststufenschalter 4. Die Steuervorrichtung 2 ist mit einem Antrieb 3 des Laststufenschalters 4 verbunden. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu eingerichtet und ausgebildet den Antrieb 3 zu steuern, damit dieser den Laststufenschalter 4 betätigt. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 2 mit einem Sensor 5 bzw. mehreren Sensoren 5 verbunden, der einen Strom misst, der durch den Stufentransformator 7, eine Vakuumschaltröhre 6 oder auch den Laststufenschalter 4 fließt. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu ausgebildet und eingerichtet den durch den Sensor 5 bzw. die Sensoren 5 erfassten Strom zu erfassen, zu messen und auszuwerten. Insbesondere wird durch die Steuervorrichtung 2 der Stromverlauf bestimmt, also wann der Strom den Wert Null hat bzw. annimmt und in welcher Frequenz dies passiert. Der Sensor 5 kann beispielsweise am Stufentransformator 7, insbesondere auf der Oberspannungsseite 8 oder der Unterspannungsseite 9 angeordnet sein. Weiterhin kann ein Sensor 5 im Laststufenschalter 4, direkt an der Vakuumschaltröhre 6 oder an einer weiteren beliebigen Position, die dafür geeignet ist, den Verlauf des Stromes zu erfassen, angeordnet sein.
Die Steuervorrichtung 2 erfasst den Stromverlauf permanent vor einer Betätigung oder aber auch erst wenn ein Schaltbefehl in der Steuervorrichtung 2 eingegangen ist. Die Steuereinheit 2 weist hierfür entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf.
Der Antrieb 3 ist über einen Antriebsstrang 10 mit dem Laststufenschalter 4 und damit auch mit der Vakuumschaltröhre 6 mechanisch verbunden. Der Antrieb ist dazu eingerichtet und ausgebildet den Laststufenschalter zu betätigen bzw. den Schaltbefehl der Steuereinheit auszuführen.
Die Steuervorrichtung 2 kann als eigenständiges Gerät am Stufentransformator 7 oder in einer Leitwarte angeordnet sein. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 2 ein Teil einer Antriebssteuerung des Laststufenschalters 4 oder als Teil eines Spannungsreglers ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu ausgebildet und eingerichtet den Antrieb 3 zu steuern.
Der Stufentransformator 7 weist eine Stammwicklung 11 und eine Regelwicklung 12 auf. Der Laststufenschalter 4 ist dabei über die Wicklungsanzapfungen 13 mit der Regelwicklung 12 verbunden. Die Stammwicklung 11 und die Regelwicklung 12 sind auf der Oberspannungsseite 8 (in seltenen Fällen auch an der Unterspannungsseite) angeordnet. Weiterhin weist der Stufentransformator 7 eine Unterspannungswicklung 14 auf, die induktiv mit der Stammwicklung 11 und der Regelwicklung 12 gekoppelt ist.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines Laststufenschalters. Im Sinne der Erfindung heißt „vor einer Betätigung eines Laststufenschalters“, dass das Erkennen von unregelmäßigen Stromverläufen bereits vor einem Schaltbefehl oder aber auch nach einem Schaltbefehl erfolgen kann. Vor einem Schaltbefehl wird das Ver- fahren dauerhaft während des Betriebes ausgeführt. Sollte hier bereits eine Unregelmäßigkeit detektiert werden, erfolgt unmittelbar nach dem Schaltbefehl ein Abbruch der Betätigung oder es wird eine vorgegebene Zeit pausiert und das Verfahren erneut durchlaufen, bis eine Betätigung durchgeführt werden kann.
In einem ersten Schritt 30 empfängt die Steuervorrichtung 2 einen Schaltbefehls zu einem Startzeitpunkt TO zur Betätigung des Laststufenschalters 4. Der Schaltbefehlt kann entweder ein manueller Schaltbefehl sein oder aber auch von einem Spannungsregler kommen.
Im nächsten Schritt 31 wird ein Stromverlauf über einen Sensor 5 erfasst und an die Steuervorrichtung übermittelt. Das Erfassen des Stromverlaufs kann sowohl nach dem Schaltbefehl als auch vor dem Schaltbefehl erfolgen.
In einem nächsten Schritt 32 werden mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte T1 , T2, T3, Tx mit Stromnulldurchgängen des Stromverlaufs 20 durch die Steuervorrichtung bestimmt. Hier wird entweder auf den neu erfassten Stromverlauf oder den Stromverlauf vor dem Schaltbefehl zurückgegriffen.
In einem nächsten Schritt 33 wird basierend auf den Zeitpunkten T1 , T2, T3, Tx der Stromnulldurchgänge die Abstände A1 , A2, Ax bestimmt.
In einem nächsten Schritt 34 wird basierend auf den Abstände A1 , A2, Ax ein Kennwert K gebildet.
In einem nächsten Schritt 35 wird der ermittelte Kennwert K mit einem Grenzwert G vergliche. Wird der Grenzwert G durch den Kennwert K eingehalten oder unterschritten, erfolgt im nächsten Schritt 36 die eigentliche Betätigung des Laststufenschalters 4. Hierfür steuert die Steuervorrichtung 2 den Antrieb 3 entsprechend an.
Überschreitet der Kennwert K den Grenzwert G wird in einem nächsten Schritt 37 die Betätigung abgebrochen. Alternativ kann beim Überschreiten des Grenzwertes G im nächsten Schritt 38 die Betätigung für eine bestimmte Zeit pausiert werden und das Verfahren erneut gestartet werden.
Figur 3 dient der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der X-Achse ist der zeitliche Stromverlauf t (in ms) innerhalb eines Stufentransformators eingezeichnet. Die Y-Achse zeigt die Höhe des Stroms I in Ampere an. Der Verlauf des Stroms bzw. der Stromverlauf ist hier sinusförmig bzw. annähernd sinusförmig. Die Kurve des Stromverlaufs 20 schneidet die X-Achse in den Stromnulldurchgängen. Damit fließt zu diesen Zeitpunkten T1 , T2, T3, Tx kein Strom durch den Stufentransformator sowie die Vakuumschaltröhre 6 bzw. den Laststufenschalter 4. Zu einem Startzeitpunkt TO geht ein Schaltbefehl zur Betätigung bzw. zum Beginn der Betätigung des Laststufenschalters 4 in der Steuereinheit 2 ein.
Dieser Zeitpunkt wird als möglicher Startzeitpunkt TO einer Lastumschaltung angenommen. Ausgehend von diesem Startzeitpunkt TO werden mindesten drei nächste Zeitpunkte T1 , T2 und T3 der nächsten Stromnulldurchgänge bestimmt.
Im nächsten Schritt werden die Abstände A1 und A2 zwischen den ermittelten Zeitpunkten T1 , T2, T3 bestimmt. Konkret wird der erste Abstand A1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt T1 , T2 und der zweite Abstand A2 zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt T2 und T3 bestimmt. Die Abstände A1 und A2 sagen aus, wie viel Zeit zwischen den Zeitpunkten vergangen ist.
In einem nächsten Schritt wird basierend auf den Abschnitten A1 , A2, Ax eine Kenngröße K bestimmt. Beispielsweise können die Abschnitte A1 und A2 bzw. sämtliche ermittelten Abschnitte in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. Im Idealfall sind beispielsweise A1 und A2 gleich groß und das Verhältnis ist damit eins. Nach der Bestimmung der Kenngröße K wird diese mit einem Grenzwert G verglichen. Sollte die Kenngröße K den Grenzwert G überschreiten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Pausieren heißt, dass die Schaltung für eine definierte Zeit ausgesetzt und im Anschluss das Verfahren erneut durchgeführt wird. Wird der Grenzwert eingehalten oder unterschritten, erfolgt die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs, der durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
In dem hier gezeigten Beispiel wird der Stromverlauf basierend auf drei Zeitpunkten T1 , T2, T3, also drei Stromnulldurchgängen, durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich eine beliebige Anzahl an Stromnulldurchgängen T1 -Tx sowie Abständen A1 -Ax für eine Auswertung zu nutzen. Dies hängt davon ab, wie lange nach einem Schaltbefehl mit der tatsächlichen Betätigung gewartet werden kann. Auch die Art und Weise wie ein Kennwert K bestimmt und wie der Grenzwert G definiert werden, kann beliebig angepasst werden.
Figur 4 dient der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer weiteren Ausführungsform. Auf der X-Achse ist der zeitliche Stromverlauf t (in ms) innerhalb eines Stufentransformators eingezeichnet. Die Y-Achse zeigt die Höhe des Stroms I in Ampere an. Der Verlauf des Stroms bzw. der Stromverlauf ist hier sinusförmig bzw. annähernd sinusförmig. Die Kurve des Stromverlaufs schneidet die X-Achse in den Stromnulldurch- gängen. Damit fließt zu diesen Zeitpunkten T1 , T2, T3, Tx kein Strom durch den Stufentransformator sowie die Vakuumschaltröhre 6 bzw. den Laststufenschalter 4. Zu einem Startzeitpunkt TO geht ein Schaltbefehl zur Betätigung bzw. zum Beginn der Betätigung des Laststufenschalters 4 in der Steuereinheit 2 ein.
Dieser Zeitpunkt wird als Startzeitpunkt TO einer Lastumschaltung angenommen. Ausgehend von diesem Startzeitpunkt TO werden mindestens drei Zeitpunkte T1 , T2 und T3 der vergangenen Stromnulldurchgänge bestimmt, also vor dem Startzeitpunkt TO. Dies ist deshalb möglich, weil der Stromverlauf bereits vor dem Schaltbefehl überwacht und aufgezeichnet wurde.
Im nächsten Schritt werden die Abstände A1 und A2 zwischen den ermittelten Zeitpunkten T1 , T2, T3 bestimmt. Konkret wird der erste Abstand A1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt T1 , T2 und der zweite Abstand A2 zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt T2 und T3 bestimmt. Die Abstände A1 und A2 sagen aus, wie viel Zeit zwischen den Zeitpunkten vergangen ist.
In einem nächsten Schritt wird basierend auf den Abschnitten A1 , A2, Ax eine Kenngröße K bestimmt. Beispielsweise können die Abschnitte A1 und A2 bzw. sämtliche ermittelten Abschnitte in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. Im Idealfall sind beispielsweise A1 und A2 gleich groß und das Verhältnis ist damit eins. Nach der Bestimmung der Kenngröße K wird diese mit einem Grenzwert G verglichen. Sollte die Kenngröße K den Grenzwert G überschreiten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Pausieren heißt, dass die Schaltung für eine definierte Zeit ausgesetzt und im Anschluss das Verfahren erneut durchgeführt wird. Wird der Grenzwert eingehalten oder unterschritten, erfolgt die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs, der durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
In dem hier gezeigten Beispiel wird der Stromverlauf basierend auf drei Zeitpunkten T1 , T2, T3, also drei Stromnulldurchgängen durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich eine beliebige Anzahl an Stromnulldurchgängen T1 -Tx sowie Abständen A1 -Ax für eine Auswertung zu nutzen. Dies hängt davon ab, wie lange nach einem Schaltbefehl mit der tatsächlichen Betätigung gewartet werden kann. Auch die Art und Weise wie ein Kennwert K bestimmt und wie der Grenzwert G definiert werden, kann beliebig angepasst werden.
Das Verfahren ermöglicht es also bereits vor einem Schaltbefehl den Stromverlauf auf Unregelmäßigkeiten zu prüfen und auch unmittelbar danach. Bezugszeichen
1 Laststufenschaltervorrichtung
2 Steuervorrichtung
3 Antrieb
4 Laststufenschalter
5 Sensor
6 Vakuumschaltröhre
7 Stufentransformator
8 Oberspannungsseite
9 Unterspannungsseite
10 Antriebsstrang
11 Stammwicklung
12 Regelwicklung
13 Wicklungsanzapfungen
14 Unterspannungswicklung
15 weiterer Sensor
20 Stromverlauf
TO Startzeitpunkt
T1 erste Nulldurchgang
T2 zweiter Nulldurchgang
T3 dritter Nulldurchgang
Tx weiterer Nulldurchgang
A1 erster Abstand
A2 zweiter Abstand Ax weiterer Abstand

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters (4) mittels eines Antriebs (3), einem Sensor (5) und einer Steuervorrichtung (2), umfassend folgende Schritte: Empfangen eines Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters (4) durch die Steuervorrichtung (2);
Erfassen eines Stromverlaufs (20) über den Sensor (5);
Bestimmen von mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (T1 , T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) durch die Steuervorrichtung (2);
Bestimmen von mehreren Abständen (A1 , A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T 1 , T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung (2);
Ableiten einer Kenngröße (K) aus den mehreren Abständen (A1 , A2, Ax) durch die Steuervorrichtung (2);
Vergleichen der Kenngröße (K) mit einem Grenzwert (G) durch die Steuervorrichtung (2);
Abbrechen oder pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung (2), wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) überschreitet;
Durchführen der Betätigung, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) einhält oder unterschreitet durch Steuerung des Antriebes (3) durch die Steuervorrichtung (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Erfassen des Stromverlaufs (20) vor oder nach dem Empfangen des Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters (4) durch die Steuervorrichtung (2) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (T 1 , T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) vor dem Startzeitpunkt (TO) des Eingangs des Schaltbefehls oder nach dem Startzeitpunkt (TO) des Eingangs des Schaltbefehls bestimmt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Kenngröße (K) aus dem Verhältnis von mindestens zwei Abständen gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Kenngröße (K) von dem Grenzwert (G) um wenige Prozent abweichen kann.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung (2) einige wenige Sekunden dauert.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei mindestens drei aufeinander folgende Zeitpunkte (T 1 , T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) vor dem Startzeitpunkt (TO) des Eingangs des Schaltbefehls oder nach dem Startzeitpunkt (TO) des Eingangs des Schaltbefehls bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei mindestens zwei Abstände (A1 , A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T1 , T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung (2) bestimmt werden.
9. Laststufenschaltervorrichtung (1 ), umfassend: einen Laststufenschalter (4); einen Sensor (5); einen Antrieb (3); eine Steuervorrichtung (2); wobei die Steuervorrichtung (2) dazu eingerichtet ist einen Schaltbefehl zum Betätigen des Laststufenschalters (4) zu empfangen; einen Stromverlauf über den Sensor (5) zu erfassen; mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte (T1 , T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) zu bestimmen; mehrere Abstände (A1 , A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T 1 , T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge zu bestimmen; eine Kenngröße (K) aus den mehreren Abständen (A1 , A2, Ax) abzuleiten; die Kenngröße (K) mit einem Grenzwert (G) zu vergleichen; die Betätigung durch die Steuervorrichtung (2) abzubrechen oder zu pausieren, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) überschreitet; die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs (3) durchzuführen, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) eingehalten oder unterschritten wird.
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