EP4730372A1 - Laststufenschalter für ein elektrisches netz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter (1) mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz, umfassend Schaltelemente, die mittels eines Antriebs (2) zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen bewegbar sind, und eine elektronische Steuerung (SE) zur Steuerung des Antriebs (2),- wobei die Steuerung (SE) kommunizierend mit einer Stromerfassungseinrichtung (3) für einen über den Laststufenschalter (1) fließenden Laststrom (116b) verbunden ist, und/oder- wobei die Steuerung (SE) mit einer Einrichtung (4) zur Erfassung einer Schalthistorie (116d) des Laststufenschalters (1) kommunizierend verbunden ist, und wobei der Antrieb (2) in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung (3) erfassten Laststroms (116b) und/oder der von der Einrichtung (4) erfassten Schalthistorie (116d) mittels der Steuerung (SE) betätigbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz, umfassend Schaltelemente, die mittels eines Antriebs zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen bewegbar sind, und eine elektronische Steuerung zur Steuerung des Antriebs. Laststufenschalter dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen mehreren Wicklungsanzapfungen eines Transformators, insbesondere eines Leistungstransformators. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Betätigung eines solchen Laststufenschalters.
• Laststufenschalter ermöglichen somit die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Transformatoren unter Last und sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Bauformen hinreichend bekannt. Gemäß einer dem Fachmann bekannten Ausführungsvariante von Laststufenschaltern weisen diese einen Lastumschalter und einen Wähler auf. Der Lastumschalter ist zum unterbrechungslosen Umschalten mit Schaltelementen, beispielsweise Vakuumschaltröhren, und Überschaltwiderständen ausgestattet, welche in einem zylinderförmigen, mit Öl oder Gas gefüllten Gehäuse angeordnet sind. Der Wähler ist üblicherweise unterhalb des Gehäuses angeordnet und besteht beispielsweise aus einer Vielzahl von im Kreis angeordneten Stäben. An diesen Stäben sind in unterschiedlichen Ebenen Kontakte angeordnet, die als Anschlüsse für eine Regelwicklung dienen. Innerhalb des Wählers sind zwei Wählerarme an einer Schaltsäule befestigt. Diese kontaktieren die Kontakte an den Stäben. Lastumschalter und Wähler können über ein Getriebe miteinander verbunden sein. Ferner kann der Motorantrieb außen am Stufentransformator angeordnet und über ein Gestänge mit dem Laststufenschalter verbunden sein.
• Gemäß einer weiteren, sich konstruktiv von den im vorigen Absatz beschriebenen Laststufenschaltern unterscheidenden, jedoch ebenso bekannten Bauweise von Laststufenschaltern, dem sogenannten Lastwähler, sind die Funktionen Wählen und Schalten in einem gemeinsamen Schalter vereint. Das bedeutet, dass Wähler und Lastumschalter nicht räumlich getrennt voneinander, sondern in einem gemeinsamen Ölgefäß angeordnet sind. Laststufenschalter können inzwischen auch durch Verwendung von Halbeleiterelementen realisiert sein.
• Laststufenschalter werden insbesondere eingesetzt, um das Spannungsniveau eines elektrischen Netzes konstant zu halten. Es kann somit bei einer stark schwankenden Netzlast erforderlich sein, dass der Laststufenschalter häufiger hintereinander betätigt wird. Dies kann zu einer übermäßigen Erhitzung des Laststufenschalters, des Antriebs oder anderer Komponenten, die für die Betätigung des Laststufenschalters erforderlich sind, und damit zu Fehlern beziehungsweise zu einer deutlichen Verringerung der Lebenserwartung des Laststufenschalters und/oder der genannten Komponenten führen.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laststufenschalter zu schaffen, der gegen eine Überlastung und vorzeitige Alterung gesichert ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Laststufenschalter mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
• Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Laststufenschalter mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz, umfassend Schaltelemente, die mittels eines Antriebs zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen bewegbar sind. Ferner umfasst der Laststufenschalter eine elektronische Steuerung zur Steuerung des Antriebs.
• Erfindungsgemäß ist die Steuerung kommunizierend mit einer Stromerfassungseinrichtung für einen über den Laststufenschalter fließenden Laststrom verbunden. Der Laststrom ist dabei der elektrische Strom, der durch den Transformator und über den Laststufenschalter und seine Komponenten fließt. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Schalthistorie des Laststufenschalters kommunizierend verbunden. Die Schalthistorie bezeichnet die Schaltvorgänge in der nahen Vergangenheit des Laststufenschalters, das heißt über einen Zeitraum, in welchem die Schaltvorgänge noch einen Einfluss auf die aktuelle Temperatur des Laststufenschalters und/oder seiner Komponenten haben. In der Regel ist dies ein Bereich von mehreren Minuten bis zu einer Stunde. Haben zum Beispiel viele Schaltvorgänge in der letzten halben Stunde stattgefunden, so führt dies zu einer entsprechenden Erhitzung der Schaltelemente und/oder der Überschaltwiderstände. Man kann somit über die Schalthistorie, d.h. über die Anzahl und den Zeitpunkt der Schaltvorgänge in der jüngsten Vergangenheit ableiten, wie stark der Laststufenschalter beansprucht und wie stark er erwärmt ist. Als Schaltvorgang wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltstellungen bezeichnet.
• Der Antrieb ist in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Laststroms und/oder der von der Einrichtung erfassten Schalthistorie mittels der Steuerung betätigbar. Vor einem neuen Schaltvorgang wird somit die Höhe des zu schaltenden Laststroms als auch die Anzahl der jüngst vorgenommenen Schaltvorgänge berücksichtigt, um zu evaluieren, ob der Laststufenschalter durch den neuen Schaltvorgang übermäßig belastet würde. Wenn der Laststrom als zu hoch evaluiert wird, so wird die Betätigung des Antriebs für den nächsten, zukünftigen Schaltvorgang des Laststufenschalters gesperrt. Das Gleiche trifft zu, wenn die Schalthistorie zeigt, dass in der jüngsten Vergangenheit, beispielsweise in der letzten halben Stunde, zu viele Schaltvorgänge stattgefunden haben. Auch hier könnte ein erneuter Schaltvorgang zu einem Schaden an dem Laststufenschalter führen oder zumindest seine Lebensdauer beträchtlich verringern. In beiden Fällen kann alternativ ein Schaltvorgang auch freigegeben werden. Zudem ist es möglich, einen zunächst, also beispielsweise für eine definierte Zeit gesperrten Schaltvorgang, erst nach verstreichen der definierten Zeit freizugeben. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung eine Evaluierung des aktuellen Betriebszustands des Laststufenschalters und seiner Komponenten und kann somit wirksam einer Überlastung des Laststufenschalters, insbesondere einer Überhitzung, entgegenwirken.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Laststufenschalter ferner zumindest einen mit der Steuerung kommunizierend verbundenen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Laststufenschalters auf. Der Antrieb ist entsprechend in Abhängigkeit von der mittels des zumindest einen Temperatursensors erfassten Temperatur des Laststufenschalters mittels der Steuerung steuerbar. Die Temperaturerfassung des Laststufenschalters kann an jedem geeigneten Ort stattfinden, der einen Rückschluss auf die Temperatur der Schaltelemente und/oder der Überschaltwiderstände oder anderer schaltrelevanter Komponenten des Laststufenschalters zulässt, so zum Beispiel in dem Isolationsmedium eines öl- oder gasgekühlten Laststufenschalters oder auch an Überschaltwiderständen des Laststufenschalters. Vorteilhaft können auch mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein. Insbesondere kann der Temperatursensor zumindest einen Surface-Acoustic-Wave-(SAW-)Sensor oder ähnliche Sensorik umfassen, derart, dass damit die Temperatur direkt an den Überschaltwiderständen des Laststufenschalters erfassbar ist. Für den Fall, dass der Laststufenschalter kein eigenes Lastumschaltergehäuse aufweist, wäre es auch möglich, für die Temperaturerfassung den Temperatursensor des Transformators heranzuziehen, da der Laststufenschalter und der Transformator in dieser Ausführungsvariante einen gemeinsamen Ölhaushalt aufweisen. Durch die Temperaturerfassung kann ein direkter Rückschluss auf die Belastung der Schaltelemente und/oder der Überschaltwiderstände des Laststufenschalters erfolgen und entsprechend ein Schaltvorgang freigegeben oder gesperrt werden. Die Überprüfung der Freigabe vor einer aktuellen Betätigung des Laststufenschalters berücksichtigt somit durch die Erfassung der Temperatur einen weiteren wichtigen Parameter, der Aufschluss über die aktuelle Belastung des Laststufenschalters und seiner Komponenten gibt.
• Vorzugsweise kann beispielsweise der Laststufenschalter eine Wählereinheit und eine Lastumschaltereinheit aufweisen, wobei zumindest die Lastumschaltereinheit ein Gehäuse mit einem abschließenden Deckel aufweist. Der Temperatursensor ist in diesem Fall an dem abschließenden Deckel angeordnet, was zur Erfassung einer Maximaltemperatur vorteilhaft ist, denn in der Regel ist in dem Gehäuse die Temperatur unter dem oben abschließenden Deckel am höchsten. Ein dort angeordneter Temperatursensor ist somit am besten in der Lage, eine kritische Betriebstemperatur des Laststufenschalters zu detektieren.
• Hierbei ist anzumerken, dass die Lastumschaltereinheit das Gehäuse, in der Regel ein GFK-Zylinder, mit dem Deckel umfasst. Innerhalb des Gehäuses ist ein Lastumschaltereinsatz angeordnet, welcher beispielsweise als Vakuumröhren ausgebildete Schaltelemente umfassen kann. Der Lastumschaltereinsatz ist als Teil bzw. Bauteil der Lastumschaltereinheit ausgebildet. An der Unterseite der Lastumschaltereinheit hängt für gewöhnlich die Wählereinheit, die jedoch außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Die Lastumschaltereinheit besteht somit aus dem Lastumschaltereinsatz mit den beispielsweise als Vakuumröhren ausgebildeten Schaltelementen und dem Gehäuse mit Deckel. In dem Gehäuse ist entsprechend bei einem gasisolierten oder ölisolierten Laststufenschalter das Gas oder Öl zur Isolierung der Lastumschaltereinheit aufgenommen und die Anordnung des Temperatursensors an dem Deckel des Gehäuses bringt sehr zuverlässige Ergebnisse über die Temperatur und damit über den Belastungszustand der Schaltelemente und/oder der Überschaltwiderstände des Laststufenschalters.
• In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Temperatursensor dazu ausgebildet, bei einem gasisolierten Laststufenschalter oder bei einem ölisolierten Laststufenschalter die Temperatur des Laststufenschalters zu erfassen, insbesondere an zumindest einem Überschaltwiderstand des Laststufenschalters und/oder an einer Motorwicklung des Antriebs des Laststufenschalters. Beispielsweise kann es sich bei dem Temperatursensor um ein Widerstandsthermometer handeln. Insbesondere kann das Widerstandsthermometer als Pt100-Sensor ausgebildet sein. Widerstandsthermometer sind ideal für die Messung der Temperatur an kritischen Stellen wie den Überschaltwiderständen und Motorwicklungen des Laststufenschalters, da sie präzise und zuverlässig sind. Die optimale Platzierung der Temperatursensoren an den Überschaltwiderständen und/oder der Motorwicklung verbessert die Betriebssicherheit, Langlebigkeit und Effizienz des Laststufenschalters erheblich. Der Einsatz verschiedener Sensortechnologien, je nach den spezifischen Anforderungen (Kontaktmessung, berührungsfrei, drahtlos), sorgt für eine zuverlässige und kontinuierliche Überwachung der thermischen Belastung des Laststufenschalters.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat die Steuerung eine Einheit zur Erfassung jedes Schaltvorgangs des Laststufenschalters, und die Einrichtung zur Erfassung der Schalthistorie ist mit dieser Einheit kommunizierend verbunden. Die Einheit zur Erfassung jedes Schaltvorgangs kann eine Schaltung oder lediglich eine Software in der Steuerung sein. Wie oben bereits ausgeführt, bezeichnet die Schalthistorie die Verteilung der Schaltvorgänge in der jüngsten Vergangenheit, beispielsweise in der letzten halben Stunde oder Viertelstunde. Die Steuerung weist einen ersten Speicher zur Speicherung der Schalthistorie und eine erste Auswerteeinheit auf, die aus der Schalthistorie einen zeitlichen Mindestabstand für eine nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltvorgängen bestimmt und/oder ein Sperr- beziehungsweise Freigabesignal für die Betätigung des Antriebs ableitet. Im ersteren Fall wird aus der jüngeren Schalthistorie ein zeitlicher Mindestabstand für die nächsten zukünftigen Schaltvorgänge abgeleitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Abstand zulässiger Schaltvorgänge vergrößert wird, wenn in der jüngsten Vergangenheit, beispielsweise in den letzten 10 Minuten, mehrere Schaltvorgänge stattgefunden haben und dementsprechend zu erwarten ist, dass beispielsweise die Schaltelemente und/oder die Überschaltwiderstände des Laststufenschalters erhitzt sind. Neben einer Vergrößerung des zeitlichen Mindestabstandes der Abfolge zweier Schaltvorgänge kann auch ein Sperr- oder Freigabesignal für den anstehenden Schaltvorgang, d.h. für die Betätigung des Antriebs beim anstehenden Schaltvorgang, abgeleitet werden.
• Vorzugsweise hat die Steuerung einen zweiten Speicher zur Aufzeichnung des von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Laststroms des Laststufenschalters, und die Steuerung weist eine zweite Auswerteeinheit auf, die aus dem Laststrom den zeitlichen Mindestabstand für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltvorgängen bestimmt und/oder das Sperr-/Freigabesignal für die Betätigung des Antriebs ableitet. Wie bereits beschrieben, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Schaltvorgang eine Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltstellungen verstanden. Wie oben schon in Bezug auf die Schalthistorie ausgeführt, wird auch hier der aktuelle zu schaltende Laststrom betrachtet und daraus ein Signal für den zeitlichen Mindestabstand zwischen zwei zukünftigen Schaltvorgängen bestimmt. Auch hier kann alternativ oder zusätzlich ein Sperr- oder Freigabesignal für die Betätigung des Antriebs abgeleitet werden, was der Zulassung oder Ablehnung eines anstehenden Schaltvorgangs entspricht. Wenn beispielsweise ein höherer Laststrom geschaltet wird, werden die Schaltelemente und/oder die Überschaltwiderstände stärker thermisch belastet. Deshalb ist es vorteilhaft, bei einem höheren Laststrom den zeitlichen Mindestabstand zwischen zwei nächsten oder zukünftigen Schaltvorgängen zu vergrößern, so dass die Schaltelemente und/oder die Überschaltwiderstände des Laststufenschalters nicht überhitzen.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Steuerung einen dritten Speicher für Laststufenschalter-spezifische Parameter und eine dritte Auswerteeinheit auf, welche diese Parameter für die Bestimmung des zeitlichen Mindestabstandes für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltvorgängen und/oder für die Freigabe beziehungsweise das Sperren der Betätigung des Antriebs auswertet. Dieses Merkmal erlaubt es somit, nicht nur den Laststrom, die Temperatur oder die Schalthistorie zur Bestimmung des Mindestabstandes der nächsten Schaltvorgänge oder zum Sperren beziehungsweise Freigeben eines Schaltvorgangs zu berücksichtigen, sondern auch noch weitere Laststufenschalter-spezifische Parameter, wie zum Beispiel eine Gasbildung im Isolieröl des Laststufenschalters oder den Kontaktabrieb an den Schaltelementen des Laststufenschalters oder dergleichen. Das Sperren beziehungsweise Freigeben eines Schaltvorgangs beziehungsweise die Festsetzung eines zeitlichen Mindestabstandes zwischen zwei zukünftigen Schaltvorgängen kann somit von einer Vielzahl unterschiedlicher Parameter des Laststufenschalters abhängig gemacht werden, was es ermöglicht, den Laststufenschalter, insbesondere unter Berücksichtigung all seiner Komponenten, immer in einem tolerierbaren Belastungszustand zu betreiben. Hierbei kann die Steuerung auch einen gemeinsamen Speicher für den ersten, zweiten und dritten Speicher aufweisen.
• Vorzugsweise ist der Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators ausgebildet. Der Laststufenschalter weist entsprechend mindestens eine Wählereinheit zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung sowie zumindest eine Lastumschaltereinheit mit mehreren der Schaltelemente auf, die zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung mittels des Antriebs schaltbar beziehungsweise bewegbar sind. Die Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen kann demgemäß unterbrechungsfrei erfolgen, was der Bildung von Lichtbögen beim Schaltvorgang entgegenwirkt. Da der Strom für einen kurzen Augenblick des Überschaltens über beide Wicklungsanzapfungen fließt, sind sogenannte Überschaltwiderstände vorgesehen, so dass der Strom in dieser kurzen Zeit nicht kurzschließt, sondern über die mit den Schaltelementen verbundenen Überschaltwiderstände fließt.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Antrieb des Laststufenschalters durch einen motorisch vorspannbaren Federenergiespeicher gebildet oder er weist einen Federenergiespeicher auf. Ein derartiger Federenergiespeicher hat den Vorteil, dass mit geringem apparativem Aufwand in einer sehr kurzen Zeit eine sehr hohe Energie freigesetzt werden kann, womit der Überschaltvorgang zwischen zwei Wicklungsanzapfungen äußerst schnell und zuverlässig stattfinden kann, was wiederum einer Überhitzung der Überschaltwiderstände entgegenwirkt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters der oben beschriebenen Art für ein elektrisches Netz. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein über den Laststufenschalter fließender Laststrom mittels einer Stromerfassungseinrichtung erfasst. Der Laststrom muss nicht exakt im Zeitpunkt des Umschaltens der Schaltelemente des Laststufenschalters erfasst werden, vielmehr kann der Laststrom auch bereits kurz vorher oder auch kontinuierlich erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schalthistorie des Laststufenschalters erfasst werden. Erfindungsgemäß wird nun ein Antrieb für die Betätigung der Schaltelemente des Laststufenschalters in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Laststroms und/oder der von der Einrichtung erfassten Schalthistorie mittels der Steuerung freigegeben oder gesperrt. Hinsichtlich der Merkmale und Vorteile dieses Verfahrens wird auf die obige Beschreibung des Laststufenschalters Bezug genommen.
• Vorzugsweise wird auch die Temperatur des Laststufenschalters, insbesondere an zumindest einem Überschaltwiderstand des Laststufenschalters und/oder an einer Motorwicklung eines Antriebs des Laststufenschalters, erfasst, und der Antrieb für die Betätigung der Schaltelemente des Laststufenschalters wird mittels der Steuerung in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturdaten freigegeben oder gesperrt. Für die Zulassung eines Schaltvorgangs wird somit nicht nur der Laststrom und/oder die Schalthistorie, sondern auch die Temperatur des Laststufenschalters bzw. dessen relevanter Komponenten berücksichtigt. Auf diese Weise können die wesentlichen Parameter, die die aktuelle Belastung des Laststufenschalters widerspiegeln, für die Betätigung des Laststufenschalters genutzt werden, wodurch dieser immer in einem zulässigen Belastungsbereich betrieben werden kann.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mit steigendem Laststrom über den Laststufenschalter ein zeitlicher Mindestabstand für eine nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltvorgängen vergrößert. Ein höherer Laststrom bringt beim Schaltvorgang des Laststufenschalters eine größere Wärmeentwicklung mit sich, so dass durch die Vergrößerung des zeitlichen Mindestabstandes zwischen zwei zukünftigen Schaltvorgängen einer Überhitzung des Laststufenschalters wirksam entgegengewirkt werden kann.
• Vorzugsweise wird der zeitliche Mindestabstand für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters zwischen zwei Schaltvorgängen in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Laststufenschalters, insbesondere der Temperatur des zumindest einen Überschaltwiderstandes des Laststufenschalters und/oder der Temperatur der Motorwicklung des Antriebs des Laststufenschalters, eingestellt bzw. angepasst. Je höher somit die Temperatur des Laststufenschalters ist, desto größer sind die zeitlichen Mindestabstände zwischen zukünftigen Schaltvorgängen.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Laststrom über einen Stromwandler eines mit dem Laststufenschalter in Verbindung stehenden Stufentransformators ermittelt. Dies ist technisch einfach zu realisieren und erfordert keine neue Hardwarekomponenten am Laststufenschalter.
• Für den Fall, dass der Antrieb gesperrt wird, wird die Zeit bis zur nächstmöglichen durchzuführenden Umschaltung des Laststufenschalters errechnet und angezeigt und/oder auf den gesperrten Schaltvorgang angewandt, was bedeutet, dass der beauftragte Schaltvorgang um die entsprechende Zeit verzögert wird. Auf diese Weise kann durch den Laststufenschalter die beabsichtigte Netzanpassung erfolgen, wenn auch verzögert, wobei dem aktuellen Belastungszustand des Laststufenschalters Rechnung getragen wird.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird aus der Schalthistorie und/oder dem Laststrom die Temperatur der Schaltelemente und/oder eines Überschaltwiderstandes abgeleitet. Es ist einfach, in wenigen Versuchen eine Korrelation zwischen der Schalthistorie und der Temperatur der Schaltelemente oder des Überschaltwiderstandes beziehungsweise eine Korrelation zwischen dem Laststrom und der Temperatur der Schaltelemente oder des Überschaltwiderstandes zu erstellen. Aus derartigen Daten, die zum Beispiel in Form einer Tabelle vorliegen können, kann dann aus der Schalthistorie beziehungsweise dem Laststrom direkt die Temperatur der Schaltelemente beziehungsweise des Überschaltwiderstandes abgeleitet werden.
• Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar vorrichtungstechnischer Art wie auch verfahrenstechnischer Art, in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können.
• Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

eine stark schematische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz; und

Figur 2

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines solchen Laststufenschalters.

• Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Auch ist die Erfindung in den Figuren nur als schematische Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise dargestellt. Insbesondere dienen die Darstellungen in den Figuren nur der Erläuterung des grundlegenden Prinzips der Erfindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist darauf verzichtet worden, alle Bestandteile der Vorrichtung zu zeigen.
• Fig. 1 zeigt eine bespielhafte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz. Der Laststufenschalter 1 umfasst hier Schaltelemente, die mittels eines Antriebs 2 zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen bewegbar sind. Insbesondere ist der Laststufenschalter 1 in einem Transformatorkessel eines Stufentransformators 14 eingebaut und zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators 14 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Laststufenschalter 1 mindestens eine Wählereinheit 7 zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung sowie zumindest eine Lastumschaltereinheit 8 mit mehreren der Schaltelemente auf, die zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung mittels eines Antriebs 2 schaltbar/bewegbar sind.
• Ferner weist der Laststufenschalter 1 ein Federenergiespeicher 15 und einen beispielsweise seitlich am Transformatorkessel angeordneten Antrieb 2, insbesondere Motorantrieb, auf. Der Antrieb 2 seinerseits wiederum weist ein Gehäuse 2.2 auf, in dem ein Motor 2.1 mit zumindest einer Motorwicklung 12 angeordnet ist. Der Antrieb 2 ist über einen Antriebswellenzug 20 mit dem Laststufenschalter 1 verbunden. Zum Durchführen einer Umschaltung treibt der Motor 2.1 den Laststufenschalter 1 über den Antriebswellenzug 20 an. Während der Umschaltung wird zunächst die Wählereinheit 7 betätigt, wobei eine zu beschaltende Wicklungsanzapfung durch einen entsprechenden Wählerarm vorgewählt wird. Vorzugsweise parallel dazu wird der Federenergiespeicher 15 aufgezogen. An einem definierten Zeitpunkt/Zeitmoment wird der Federenergiespeicher 15 entklinkt und gibt die vorher beim Aufziehen gespeicherte Energie schlagartig frei. Mit dieser Energie wird die Lastumschaltereinheit 8 und insbesondere die Schaltelemente der Lastumschaltereinheit 8 betätigt.
• Erfindungsgemäß weist der Laststufenschalter 1 eine elektronische Steuerung SE zur Steuerung des Antriebs 2 auf, die kommunizierend mit einer Stromerfassungseinrichtung 3 für einen über den Laststufenschalter 1 fließenden Laststrom 116b verbunden ist. Gemäß dem Ausführungsbespiel ist die Steuerung SE zudem mit einer Einrichtung 4 zur Erfassung einer Schalthistorie 116d (gezeigt in Figur 2) des Laststufenschalters 1 kommunizierend verbunden. Die Stromerfassungseinrichtung 3 und die Einrichtung 4 zur Erfassung einer Schalthistorie 116d des Laststufenschalters 1 sind gemäß der Ausführungsvariante als Teil oder Bestandteil der Steuerung SE vorgesehen. Der Antrieb 2 ist in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung 3 erfassten Laststroms 116b und/oder der von der Einrichtung 4 erfassten Schalthistorie 116d mittels der Steuerung SE betätigbar.
• Ferner weist der Laststufenschalter 1 gemäß der Figur 1 gezeigten Ausführungsvariante mehrere, nämlich beispielhaft drei, mit der Steuerung SE kommunizierend verbundene Temperatursensoren 6, 6', 6" zur Erfassung einer Temperatur 116d des Laststufenschalters 1 auf. Hierfür ist der Antrieb 2 auch in Abhängigkeit von der mittels den Temperatursensoren 6, 6', 6" erfassten Temperatur 116d des Laststufenschalters 1 mittels der Steuerung SE steuerbar.
• Der erste Temperatursensor 6 ist vorzugsweise in der Nähe des Laststufenschalters 1, vorzugsweise in der Nähe der Lastumschaltereinheit 8, insbesondere an einer Unterseite eines Deckels 10 des Gehäuses 9 angeordnet, in dem die Lastumschaltereinheit 8 aufgenommen ist. In anderen Worten weist also die Lastumschaltereinheit 8 das Gehäuse 9 mit einem abschließenden Deckel 10 auf, und der Temperatursensor 6 ist an dem abschließenden Deckel 10 angeordnet. Ein weiterer Temperatursensor 6' ist in der Nähe bzw. an zumindest einem Überschaltwiderstand 11 des Laststufenschalters 1 angeordnet und ein nochmals weiterer Temperatursensor 6" in der Nähe, bzw. an der Motorwicklung 12 des Antriebs 2 des Laststufenschalters 1.
• Weiterhin wird mittels der Steuerung SE das erfindungsgemäße Verfahren 100 durchgeführt bzw. der Laststufenschalter 1 führt das Verfahren 100 aus. Eine mögliche Betätigung des Lastumschalters 1 ist in der Figur 2 dargestellt. Zum ersten Verfahrensschritt 110 des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens 100 gelangt man insbesondere, wenn ein Befehl für einen nächsten anstehenden Schaltvorgang mit einem kleineren Zeitabstand erfolgt, als für den entsprechenden Typ eines Laststufenschalters spezifiziert ist, also zum Beispiel 2 Minuten bei einem gasisolierten Lastumschalter.
• Wird somit durch einen Schaltbefehl für einen Schaltvorgang ein derartiger zeitlicher Mindestabstand für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters 1 zwischen zwei Schaltvorgängen nicht eingehalten, wie eigentlich für den entsprechenden Typ eines Laststufenschalters 1 spezifiziert ist, so folgt im nächsten Prüfschritt 112 eine Überprüfung, ob dem Schaltvorgang stattgegeben werden kann oder ob er gesperrt werden muss. Hierfür wird im Schritt 114 zunächst einmal die Temperatur des Laststufenschalters 1 berücksichtigt, die im einfachsten Fall durch den zumindest einen Temperatursensor 6, 6', 6" erfasst werden kann.
• Im darauffolgenden Schritt 116 werden nun unterschiedliche Einflussfaktoren beziehungsweise Parameter 116a bis 116e berücksichtigt, die eine Aussage über den aktuellen Belastungszustand des Laststufenschalters 1 ermöglichen, so der Parameter 116a, wie insbesondere eine zulässige Grenztemperatur des zumindest einen Überschaltwiderstandes 11 des Laststufenschalters 1, eine Gasentstehung im Öl oder die Temperatur einer Motorwicklung 12 des Antriebs 2 des Laststufenschalters 1 oder anderer grenzwertiger Teile. Als Parameter 116b wird der Laststrom oder optional der Kreisstrom über die Überschaltwiderstände 11 im Zeitpunkt des Überschaltens berücksichtigt. Als dritter Parameter 116c wird die Belastungszeit des Überschaltwiderstandes 11 und gegebenenfalls weitere Stufenschalter-spezifische Parameter berücksichtigt. Als Parameter 116d wird die Schalthistorie z.B. der letzten 5 bis 30 Minuten oder eine daraus errechnete Temperatur der Schaltelemente beziehungsweise des Überschaltwiderstandes 11 berücksichtigt. Als letzter Parameter 116e wird die Kühlkurve 121 des Überschaltwiderstandes beziehungsweise der Motorwicklung 12 inklusive der Eigenschaften der verwendeten Kühlmedien in Betracht gezogen.
• Aus den Parametern 116b und 116c wird im Berechnungsschritt 118 der Temperaturanstieg bzw. der Temperaturhub am Überschaltwiderstand 11 beziehungsweise an der Motorwicklung 12 des Antriebs 2 ermittelt, insbesondere berechnet.
• Im nachfolgenden Berechnungsschritt 120 wird aus dem Berechnungsschritt 118 sowie der Temperatur und der Schalthistorie gemäß Parameter 116d die maximale Temperatur, nachfolgend auch als Maximaltemperatur bezeichnet, am Überschaltwiderstand 11 beziehungsweise in der Motorwicklung 12 des Antriebs 2 mit folgender Formel berechnet, $${\mathit{Temp}}_{\mathit{max}}={\mathit{Temp}}_{\mathit{aktuell}}+\mathrm{\Delta }T$$ wobei
• Temp_aktuell = Temp_max (letzte Schaltung) x Kühlfaktor (aus Kühlkurve f(t)), und
• ΔT = in Schritt 118 errechneter Temperaturanstieg.
• Die errechnete Maximaltemperatur bezieht sich somit auf die maximale Temperatur beim letzten Schaltvorgang unter Hinzuziehung des errechneten Temperaturanstiegs, wobei die Abkühlung seit dem letzten Schaltvorgang gemäß Kühlkurve 121 in Übereinstimmung mit Parameter 116e mitberücksichtigt wird.
• Im darauffolgenden Entscheidungsschritt 122 wird evaluiert, ob die in Schritt 120 errechnete Maximaltemperatur kleiner als die zulässige Grenztemperatur des entsprechenden Typs des Laststufenschalters 1 ist. Ist dies der Fall, so wird in dem abschließenden Freigabeschritt 124 die Betätigung des Schaltvorgangs, das heißt die Betätigung des Antriebs 2, freigegeben. Falls dies nicht der Fall ist, das heißt, falls der erwartete Temperaturanstieg ausgehend von der Ist-Temperatur für den nächsten Schaltvorgang über die Grenztemperatur des Laststufenschalters 1, z.B. eines der Schaltelemente oder des Überschaltwiderstandes 11 oder der Motorwicklung 12 des Antriebs 2 des Laststufenschalters 1, führen würde, wird im Sperrschritt 126 die Durchführung des Schaltvorgangs gesperrt.
• Vom Sperrschritt 126 führt das Verfahren 100 weiter zum Berechnungsschritt 128, bei welchem entweder eine definierte Anzahl von Sekunden bis zur Durchführung des als nächstes geplanten Schaltvorgangs gewartet wird oder aber ein nötiger Schaltabstand berechnet wird. Das Verfahren 100 verzweigt dann wieder zurück zum Überprüfungsschritt 112, der die oben angegebene Überprüfung der relevanten Parameter für die Ausführung des Schaltvorgangs erneut durchführt, um festzustellen, ob der durch den vorzusehenden Schaltvorgang erwartete Temperaturanstieg ausgehend von der Ist-Temperatur des Laststufenschalters 1 über die zulässige Grenztemperatur führt.
• Durch dieses Verfahren 100 kann unter Berücksichtigung multipler Parameter des Laststufenschalters 1 ein sicherer Betrieb des Laststufenschalters 1 in einem zulässigen Belastungsbereich sichergestellt werden.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann stattdessen innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche variiert werden.
Bezugszeichenliste:

1

Laststufenschalter

2

Antrieb

2.1

Motor

2.2

Gehäuse

3

Stromerfassungseinrichtung

4

Einrichtung zur Erfassung einer Schalthistorie

6, 6', 6''

Temperatursensoren

7

Wählereinheit

8

Lastumschaltereinheit

9

Gehäuse

10

Deckel

11

Überschaltwiderstand

12

Motorwicklung

14

Stufentransformator

15

Federenergiespeicher

20

Antriebszug

SE

Steuerung

100

Ausführungsform eines Verfahrens zur Berücksichtigung der Temperatur eines Laststufenschalters für die Durchführung eines Schaltvorgangs

110

erster Verfahrensschritt bei Unterschreiten eines zeitlichen Mindestabstandes zwischen zwei Schaltvorgängen

112

Prüfschritt

114

Verfahrensschritt zur Berücksichtigung der Temperatur

116

Verfahrensschritt zur Berücksichtigung weiterer Laststufenschalterspezifischer Parameter, entsprechend den Parametern 16a bis 16e

116a

erster weiterer Parameter: Grenztemperatur am Überschaltwiderstand, Gasentstehung im Öl, Motorwicklung

116b

zweiter weiterer Parameter: Laststrom und/oder Kreisstrom

116c

dritter weiterer Parameter: Belastungszeit des Überschaltwiderstandes

116d

vierter weiterer Parameter: Temperatur und Schalthistorie

116e

fünfter weiterer Parameter: Kühlkurve von Überschaltwiderstand und Motorwicklung

118

Berechnungsschritt zur Bestimmung des erwarteten Temperaturanstiegs aus den Parametern 16b und 16c

120

Berechnungsschritt zur Bestimmung einer Maximaltemperatur aus dem Berechnungsschritt 18 und dem Parameter 16d

122

Entscheidungsschritt für die Freigabe oder das Sperren eines anstehenden Schaltvorgangs

124

Durchführung des Schaltvorgangs

126

Sperren des Schaltvorgangs

128

Verzögern des Schaltvorgangs bzw. Rückführung zu Schritt 16 nach einer festgelegten Zeit

Claims (15)

1. Laststufenschalter (1) mit mehreren Schaltstellungen für ein elektrisches Netz, umfassend Schaltelemente, die mittels eines Antriebs (2) zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen bewegbar sind, und eine elektronische Steuerung (SE) zur Steuerung des Antriebs (2),

   - wobei die Steuerung (SE) kommunizierend mit einer Stromerfassungseinrichtung (3) für einen über den Laststufenschalter (1) fließenden Laststrom (116b) verbunden ist, und/oder

   - wobei die Steuerung (SE) mit einer Einrichtung (4) zur Erfassung einer Schalthistorie (116d) des Laststufenschalters (1) kommunizierend verbunden ist, und wobei der Antrieb (2) in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung (3) erfassten Laststroms (116b) und/oder der von der Einrichtung (4) erfassten Schalthistorie (116d) mittels der Steuerung (SE) betätigbar ist.
2. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststufenschalter (1) ferner zumindest einen mit der Steuerung (SE) kommunizierend verbundenen Temperatursensor (6, 6', 6'') zur Erfassung einer Temperatur (116d) des Laststufenschalters (1) aufweist und der Antrieb (2) in Abhängigkeit von der mittels des zumindest einen Temperatursensors (6, 6 ', 6") erfassten Temperatur (116d) des Laststufenschalters (1) mittels der Steuerung (SE) steuerbar ist.
3. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststufenschalter (1) eine Wählereinheit (7) und eine Lastumschaltereinheit (8) aufweist, wobei zumindest die Lastumschaltereinheit (8) ein Gehäuse (9) mit einem abschließenden Deckel (10) aufweist, und der Temperatursensor (6) an dem abschließenden Deckel (10) angeordnet ist.
4. Laststufenschalter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (6', 6'') ausgebildet ist, bei einem gasisolierten Laststufenschalter (1) oder bei einem ölisolierten Laststufenschalter (1) die Temperatur (116d) des Laststufenschalters (1) zu erfassen, insbesondere an zumindest einem Überschaltwiderstand (11) des Laststufenschalters (1) und/oder an einer Motorwicklung (12) des Antriebs (2) des Laststufenschalters (1).
5. Laststufenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (SE) eine Einheit zur Erfassung jedes Schaltvorgangs des Laststufenschalters (1) aufweist, und dass die Einrichtung (4) zur Erfassung der Schalthistorie (116d) mit der Einheit kommunizierend verbunden ist, und wobei die Steuerung (SE) einen ersten Speicher zur Speicherung der Schalthistorie (116d) und eine erste Auswerteeinheit aufweist, die aus der Schalthistorie (116d) einen zeitlichen Mindestabstand für eine nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters (1) zwischen zwei Schaltvorgängen bestimmt und/oder ein Sperr/Freigabesignal für die Betätigung des Antriebs (2) ableitet.
6. Laststufenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (SE) einen zweiten Speicher zur Aufzeichnung des von der Stromerfassungseinrichtung (3) erfassten Laststroms (116b) des Laststufenschalters (1) aufweist, und dass die Steuerung (SE) eine zweite Auswerteeinheit aufweist, die aus dem Laststrom (116b) den zeitlichen Mindestabstand für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters (1) zwischen zwei Schaltvorgängen bestimmt und/oder das Sperr/Freigabesignal für die Betätigung des Antriebs (2) ableitet.
7. Laststufenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (SE) einen dritten Speicher für Laststufenschalter-spezifische Parameter und eine dritte Auswerteeinheit aufweist, welche diese Parameter für die Bestimmung des zeitlichen Mindestabstandes für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters (1) zwischen zwei Schaltvorgängen und/oder für die Freigabe/das Sperren der Betätigung des Antriebs (2) auswertet.
8. Laststufenschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststufenschalter (1) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators (14) ausgebildet ist, dass der Laststufenschalter (1) mindestens eine Wählereinheit (7) zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung sowie zumindest eine Lastumschaltereinheit (8) mit mehreren der Schaltelemente aufweist, die zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung mittels des Antriebs (2) schaltbar/bewegbar sind.
9. Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalter (1) gemäß eines der Ansprüche 1 bis 8 für ein elektrisches Netz, dadurch gekennzeichnet, dass ein über den Laststufenschalter (1) fließender Laststrom (116b) mittels einer Stromerfassungseinrichtung (3) erfasst und/oder mittels einer Einrichtung (4) eine Schalthistorie (116d) des Laststufenschalters (1) erfasst wird/werden, und dass ein Antrieb (2) für die Betätigung der Schaltelemente des Laststufenschalters (1) in Abhängigkeit des von der Stromerfassungseinrichtung (3) erfassten Laststroms (116b) und/oder der von der Einrichtung (4) erfassten Schalthistorie (116d) mittels der Steuerung (SE) freigegeben oder gesperrt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (116d) des Laststufenschalters (1), insbesondere an zumindest einem Überschaltwiderstand (11) des Laststufenschalters (1) und/oder an einer Motorwicklung (12) eines Antriebs (2) des Laststufenschalters (1) erfasst wird und dass der Antrieb (2) für die Betätigung der Schaltelemente des Laststufenschalters (1) mittels der Steuerung (SE) in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturdaten freigegeben oder gesperrt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit steigendem Laststrom (116b) über den Laststufenschalter (1) ein zeitlicher Mindestabstand für eine nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters (1) zwischen zwei Schaltvorgängen vergrößert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Mindestabstand für die nächste durchzuführende Umschaltung des Laststufenschalters (1) zwischen zwei Schaltvorgängen in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (116d) des Laststufenschalters (1), insbesondere der Temperatur des zumindest einen Überschaltwiderstandes (11) des Laststufenschalters (1) und/oder der Temperatur der Motorwicklung (12) des Antriebs (2) des Laststufenschalters (1), angepasst wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststrom (116b) über einen Stromwandler eines mit dem Laststufenschalter (1) in Verbindung stehenden Stufentransformators (14) ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Sperrens des Antriebs (2) die Zeit bis zur nächstmöglichen durchzuführenden Umschaltung des Laststufenschalters (1) errechnet und angezeigt oder auf den gesperrten Schaltvorgang angewandt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Schalthistorie (116d) und/oder dem Laststrom (116b) die Temperatur (116d) der Schaltelemente und/oder eines Überschaltwiderstandes (11) abgeleitet wird.