JP6275244B2 - 負荷時タップ切換器内で切換工程を実行するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、負荷時タップ切換器内でタップ付き変圧器の巻線タップと巻線タップとの間の切換工程を実行するための方法に関する。

多数の負荷時タップ切換器が、タップ付き変圧器の異なる巻線タップ間を停電させずに切り換えるために長年にわたって世界中で使用されている。特に北米で普及しているいわゆるリアクトル切換器は、遅い連続切換を可能にする切換リアクタンスを有する。速い抵抗切換原理にしたがう負荷時タップ切換器は、タップ付き変圧器の、切り換えようとするそれぞれの巻線タップを無電流状態で選択するための選択器と、現在の巻線タップを当該予め選択された新しい巻線タップに実際に切り換えるための切換開閉器とから構成されている。このため、当該切換開閉器は、通常は切換接点と抵抗接点とを有する。この場合、当該切換接点は、当該それぞれの巻線タップをロードダイバータに直接に接続するために使用され、当該抵抗接点は、一時的な接続、すなわち１つ又は複数の切換抵抗によるブリッジのために使用される。しかしながら、近年の発展した切換開閉器は、絶縁油中の機械式の切換接点を有する切換開閉器から乖離している。この代わりに、真空切換セルが、切換要素として益々使用されている。

真空バルブを有するこのような負荷時タップ切換器は、例えば独国特許出願公開第１０２００９０４３１７１号明細書から公知である。ここでは、切換開閉器が、蓄勢機構によって駆動可能な、少なくとも１つのカム板を有する駆動軸を支持している。この場合、当該カム板の前面に配置された２つの制御カムが、円形とは違うカム状の輪郭を有する。ロッカーレバーを介して真空バルブに連結されているそれぞれ１つのローラが、当該それぞれの制御カムに形成された当該輪郭をなぞるように当該輪郭に接して転動される。

上記負荷時タップ切換器の構造的構成に起因して、当該負荷時タップ切換器では、接触系によって急激に切り換えるためのばね蓄勢機構が必要である。従来の技術から公知の蓄勢機構は、当該負荷時タップ切換器のそれぞれの操作の開始時に駆動軸によって付勢される、すなわち張力が、当該蓄勢に印加される。当該公知の蓄勢機構は、主に付勢機構と解放機構とから構成されている。蓄勢機構のばねが、エネルギー蓄勢機構としてこの付勢機構とこの解放機構との間に配置されている。このような蓄勢機構は、例えば、独国特許第１９８５５８６０号明細書及び独国特許第２８０６２８２号明細書から読み取り可能である。当該長年にわたって使用されているエネルギー蓄勢機構にもかかわらず、当該装置の機能が、常に正常に作動するとは限らない。負荷時タップ切換器が、長年にわたって使用されると、圧縮ばね又は引張ばねが破損し、したがって切換を阻止することが起こり得る。さらに、機構が、最終位置に到達せず、すなわち切換軸が、完全に回転せず、切換接点が、当該最終位置に到達しないことが起こり得る。その結果、最悪の場合には、タップ付き変圧器全体の破壊に至ることがある。

本出願人の最新の負荷時タップ切換器は、上記の従来の技術とは違って切換を実行するための機械式の蓄勢機構を有しない。当該操作は、電気駆動部によって直接に実行される。しかしながら、このような電気駆動部に対するエネルギー供給が、切換中に突然に停止すると、危険な切換位置が、当該負荷時タップ切換器内で発生し得る。当該危険な切換位置は、特に切換接点の閉鎖の直前又は開放の直後に発生する。この場合、例えば、真空バルブの内部の接点が溶着し得る。

独国特許出願公開第１０２００９０４３１７１号明細書 独国特許第１９８５５８６０号明細書 独国特許第２８０６２８２号明細書

したがって、本発明の課題は、負荷時タップ切換器の信頼性を向上させるように、負荷時タップ切換器内で切換工程を実行するための方法を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。

この場合、本発明に共通の技術的思想は、負荷時タップ切換器の切換工程を実行するための方法において、当該切換工程に基づく切換シーケンスを複数の段階に区分し、使用されるそれぞれの切換接点の危険な切換状態及び危険でない切換状態を確認し、当該それぞれの段階を切換工程中に監視し、監視システム内でパラメータ化された決定論理に応じて、意図した切換工程の開始時に電圧監視装置によって検出した供給電圧の値を決定基準値として処理し、供給電圧が検出可能であるときにだけ、当該切換工程を開始するか又は当該切換工程のその次に規定された段階に移行し、さらに、切換工程中に、電源電圧又は供給電圧の電圧低下時には、すなわち電気駆動部のエネルギー供給の減少時には、その次に続く、危険でないと確認される切換状態の次の段階に新たに切り換えられることによって、制御装置内のコンデンサに存在するエネルギーを使用して、切換シーケンスに対して確認された当該それぞれの切換接点のそれぞれの危険な切換状態が解消されることにある。

この場合、本発明によれば、電圧が、選択された１つの位相線に印加されているか否かが、切換の起動後に第１段階において電圧監視装置によって検査される。当該切換は、電圧が印加されていないときは中止され、電圧が印加されているときは継続される。

電気駆動部が、本発明の方法の第２段階中に制御装置によって操作される。この場合、この電気駆動部は、第２切換接点を開く。この電気駆動部のエネルギー供給が、当該開放中に監視システムによって監視される。電圧が、この電気駆動部のエネルギー供給時に低下すると、当該制御装置のコンデンサからのエネルギーが、当該第２切換接点を完全に開くために使用される。したがって、引き続き、第２選択器可動接点が、第３段階中に隣接した巻線タップに接近する。

上記電気駆動部が、本発明の方法の第４段階中に制御装置によって操作される結果、上記第２切換接点が閉じられる。この電気駆動部のエネルギー供給が、当該閉鎖中に上記監視システムによって監視され、電圧が、この電気駆動部のエネルギー供給時に低下すると、当該制御装置のコンデンサからのエネルギーが、当該第２切換接点を完全に閉じるために使用される。

本発明の方法の第５段階中に、上記第１選択器可動接点が、１つの巻線タップに接触し、上記第２選択器可動接点が、隣接した巻線タップに接触する。したがって、上記第１切換接点及び上記第２切換接点が閉じられている。循環電流Ｉｋが、この期間中に発生する。

本発明の方法の第６段階中に、電圧が、選択された１つの位相線に印加されているか否かが、当該切換を継続させる前に上記電圧監視装置によって検査される。当該切換は、電圧が印加されていないときは中止され、電圧が印加されているときは継続される。後続する第７段階中に、上記第１選択器可動接点が、隣接した巻線タップに接近する。

本発明の方法の第８段階中に、上記電気駆動部が、制御装置によって操作され、第１切換接点Ｖ１が閉じられる。当該閉鎖中に、当該電気駆動部のエネルギー供給が、監視システムによって操作され、電圧が、この電気駆動部のエネルギー供給時に低下すると、当該制御装置のコンデンサからのエネルギーが、当該第１切換接点を完全に閉じるために使用される。第９段階において、上記切換が終了される。

以下に、本発明の方法を例示的に詳しく説明する。

危険な切換位置が回避される切換工程を実行するために必要な手段を有する負荷時タップ切換器の概略図である。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。 切換工程中の異なる段階を有する概略的なフローチャートである。

図１には、タップ付き変圧器２内に存在するリアクトル切換原理にしたがう負荷時タップ切換器１が示されている。このタップ付き変圧器２は、高電圧側３と低電圧側４とから構成されている。この場合、負荷時タップ切換器２は、高電圧側３に配置されている。高電圧側３及び低電圧側４がそれぞれ、３つの位相線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を有する。負荷時タップ切換器１が、電気駆動部５により操作される。制御装置６が、この電気駆動部５の個々の切換操作を起動させる。この制御装置６は、監視システム７を介して電気駆動部５に接続されていて、且つ以下ではＳＵＶ８と記されている電圧監視装置８に接続されている。このＳＵＶ８は、低電圧側４の個々の位相線Ｉ１，Ｉ２及びＩ３の電圧を監視する。エネルギーが、この低電圧側４のこれらの位相線のうちの１つの位相線Ｉ１と電線９とを通じて電気駆動部５に供給される。しかしながら、この低電圧側４に存在するそれぞれの位相線Ｉ１，Ｉ２又はＩ３が、当該エネルギー供給のために適している。

複数のバッファコンデンサが、制御装置６の内部に配置されている。これらのバッファコンデンサは、所定のエネルギー量を充電することができる。大抵は、これらのバッファコンデンサは、この制御装置６の構成要素であるが、事後的に設けられてもよい。タップ付き変圧器の、１つのタップｎから１つの中間ステップｎ＋１／２を経由して次のタップｎ＋１に負荷時タップ切換器１を切り換える工程の起動時に、１つの位相線Ｉ１，Ｉ２又はＩ３からのエネルギーが、この負荷時タップ切換器１の内部に存在する切換接点Ｖ１，Ｖ２、特に真空ポンプを開くか又は閉じるために使用される。危険な切換位置が、この切換工程時、特にこれらの切換接点のいわゆる負荷時開閉時に発生する。これらの切換接点が、負荷を印加されているときに、すなわち電流を通電されているときに、負荷時開閉が発生する。この場合、アークが、これらの切換接点の内部で発生する。当該アークは、これらの切換接点の寿命に影響を及ぼし、しかも、非常に長い点弧期間には破壊を引き起こし得る。

図２ａ〜２ｉには、リアクトル切換原理にしたがって作動する負荷時タップ切換器の例示的な切換工程が示されている。当該負荷時タップ切換器１は、第１切換接点Ｖ１及び第２切換接点Ｖ２と、第１選択器可動接点Ｗ１及び第２選択器可動接点Ｗ２と、第１切換リアクタンスＸ１及び第２切換リアクタンスＸ２とから構成されている。さらに、ロードダイバータＹが、この第１切換リアクタンスＸ１とこの第２切換リアクタンスＸ２との間に配置されている。当該切換工程は、タップ付き変圧器２の、１つのタップ巻線の第１タップｎから１つのタップ巻線の隣接した第２巻線タップｎ＋１まで実行される。この場合、中間位置ｎ＋１／２が、固定式の作動位置として可能である。

切換工程を開始するため（図２ｂ）、第２切換接点Ｖ２が開かれる。その結果、最初に、第２選択器可動接点Ｗ２が、巻線タップｎから無通電式に解放され得る。引き続き（図２ｃ）、この第２選択器可動接点Ｗ２が、第２タップｎ＋１まで移動する。当該第２巻線タップｎ＋１の到達後に（図２ｄ）、切換接点Ｖ２が閉じられる。これと同時に、いわゆる循環電流Ｉｋが流れる（図２ｅ）。上記切換リアクタンスＸ１及びＸ２は、当該負荷時タップ切換器１がこの切換位置に停止し続け得ることを可能にする。この切換位置は、中間位置ｎ＋１／２と記される。当該第１真空バルブＶ１の開放時に（図２ｆ）、循環電流Ｉｋが遮断され、当該第１選択器可動接点Ｗ１が、当該第２巻線タップｎ＋１の方向に移動する（図２ｇ）。この第１選択器可動接点Ｗ１が、この第２巻線タップｎ＋１に到達すると（図２ｈ）、当該第１切換接点Ｖ１が閉じられる（図２ｉ）。

したがって、この切換工程は、新規の複数の段階に区分され得る。第１段階（Ｉ）（図２ａ）では、当該切換が起動される。第２段階（ＩＩ）では、第２切換接点Ｖ２が開かれる。第３段階（ＩＩＩ）（図２ｃ）では、第２選択器可動接点Ｗ２が、隣接した第２巻線タップｎ＋１に接近する。第４段階（ＩＶ）では、当該第２切換接点Ｖ２が閉じられる。第５段階（Ｖ）（図２ｄ）では、２つの切換接点Ｖ１及びＶ２が閉じられている。第６段階（ＶＩ）では、第１切換接点Ｖ１が開かれる。第７段階（ＶＩＩ）（図２ｇ）では、上記第１選択器可動接点Ｗ１が、当該隣接した第２巻線タップｎ＋１に接近する。第８段階（ＶＩＩＩ）では、当該第１切換接点Ｖ１が閉じられる。第９段階（ＩＸ）では、当該切換工程が終了している。

図３には、本発明の方法が、概略的なフローチャートによって示されている。この場合、第１段階（Ｉ）における切換工程の起動時に、電圧が、エネルギーを供給するために選択された位相線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に印加されているか否かが、ＳＵＶ８によって最初に検査される。電圧が、エネルギーを供給するために選択された位相線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に印加されていないときは、当該切換工程は実行されず、当該負荷時タップ切換器１が、この位置に留まるか、又は、当該タップ付き変圧器２の全体が遮断される。当該電圧が印加されているときは、電気駆動部５が、制御装置６によって作動される。

上記第２切換接点Ｖ２が、この第２段階（ＩＩ）中に開かれる。この段階は、危険な切換状態とみなすことができる。何故なら、当該第２切換接点Ｖ２が、完全に開かれていないときに、アークが消弧しないおそれがあるからである。監視システム７が、この期間中に電気駆動部５のエネルギー供給を監視する。この段階（ＩＩ）中に、電圧が低下すると、すなわちエネルギー供給が減少すると、このことが、当該監視システム７によって検出され、制御装置６内に存在する、既に前もって充電されているコンデンサからのエネルギーを使用して補償される。すなわち、当該第２切換接点Ｖ２が完全に開かれる。

当該開放が完全に終了すると、第３段階（ＩＩＩ）において、第２選択器可動接点Ｗ２が、隣接した第２巻線タップｎ＋１に接近する。第２切換接点Ｖ２の閉鎖中に、すなわち第４段階（ＩＶ）において、エネルギー供給が、監視システム７によって監視される。この段階（ＩＶ）も、同様に危険な切換状態とみなすことができる。何故なら、当該第２切換接点Ｖ２が完全に閉じられていないときに、点弧が発生し、引き続き当該アークが消弧しないおそれがあるからである。電圧が低下すると、すなわちエネルギー供給が減少すると、このことが、当該監視システム７によって検出され、制御装置６内に存在する、既に前もって充電されているコンデンサからのエネルギーを使用して補償される。すなわち、当該第２切換接点Ｖ２が完全に閉じられる。第５段階において、すなわち当該第２切換接点Ｖ２が、その後に閉じられた後に、いわゆる循環電流Ｉｋが発生する。この切換状態は、危険でない。

上記第１切換接点Ｖ１の開放前に、すなわち段階（ＶＩ）の前に、電圧が、エネルギー供給のために選択された位相線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に印加されているか否かが検査される。電圧が、エネルギー供給のために選択された位相線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に印加されていないときは、当該切換工程は実行されず、当該負荷時タップ切換器が、この位置に留まるか、又は、当該タップ付き変圧器の全体が遮断される。第７段階（ＶＩＩ）では、上記第１選択器可動接点Ｗ１が、当該隣接した巻線タップｎ＋１に接近する。第８段階（ＶＩＩＩ）では、当該第１切換接点Ｖ１が閉じられる。監視システム７が、この期間中に電気駆動部５のエネルギー供給を監視する。この期間中に、電圧が低下すると、すなわち当該エネルギー供給が減少すると、このことが、当該監視システム７によって検出され、制御装置６内に存在する、既に前もって充電されているコンデンサからのエネルギーを使用して補償される。最後の段階では、当該切換工程が終了している。

第１切換接点Ｖ１及び第２切換接点Ｖ２が、巻線タップｎから次の巻線タップｎ＋１までの負荷時タップ切換器１の切換工程中に危険な切換状態に決してならないことが、本発明の方法によって常に保証される。したがって、タップ付き変圧器２の全体が破壊されることが回避されるだけではなくて、負荷時タップ切換器の切換接点Ｖ１及びＶ２が破壊されることも回避される。当該破壊は、損害の大きい影響をエネルギー供給源に及ぼし得る。

１ 負荷時タップ切換器
２ タップ付き変圧器
３ 高電圧側
４ 低電圧側
５ 電気駆動部
６ 制御装置
７ 監視システム
８ 電圧監視装置
９ 電線
Ｌ１ 位相線
Ｌ２ 位相線
Ｌ３ 位相線
Ｉ１ 位相線
Ｉ２ 位相線
Ｉ３ 位相線
Ｘ１ 第１切換リアクタンス
Ｘ２ 第２切換リアクタンス
Ｙ ロードダイバータ
Ｖ１ 第１切換接点、第１真空バルブ
Ｖ２ 第２切換接点、第２真空バルブ
Ｗ１ 第１選択器可動接点
Ｗ２ 第２選択器可動接点

Claims (10)

1. 負時タップ切換器（１）内でタップ付き変圧器（２）の巻線タップ（ｎ）と巻線タップ（ｎ＋１）との間の切換工程を第１切換接点（Ｖ１）及び第２切換接点（Ｖ２）によって実行するための方法において、
   ・前記切換工程が、複数の段階（Ｉ〜ＩＸ）に区分され、
   ・使用されるそれぞれの前記第１切換接点（Ｖ１）及び前記第２切換接点（Ｖ２）の危険な切換状態及び危険でない切換状態が確認され、
   ・それぞれの前記段階（Ｉ〜ＩＸ）が監視され、
   ・意図した切換工程の開始時に、電圧監視装置（８）によって、監視システム（７）内でパラメータ化された決定論理に応じて、供給電圧の値が、決定基準値として検出され、当該電圧供給が存在するときにだけ、前記切換工程のその次の規定された段階（Ｉ〜ＩＸ）に切り換えられ、
   ・切換工程中の、電源電圧又は供給電圧の電圧低下時には、すなわち電気駆動部（５）のエネルギー供給の減少時には、その次に続く、危険でないと確認される切換状態の次の段階に新たに切り換えられることによって、制御装置（６）内のコンデンサに存在する残留エネルギーを使用して、切換シーケンスに対して確認されたそれぞれの前記第１切換接点（Ｖ１）及び前記第２切換接点（Ｖ２）のそれぞれの危険な切換状態が解消されることを特徴とする方法。
2. ・電圧が、選択された１つの位相線（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に印加されているか否かが、切換の起動後に第１段階（Ｉ）において電圧監視装置（８）によって検査され、
   ・当該切換は、電圧が印加されていないときは中止され、
   ・当該切換は、電圧が印加されているときは継続されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ・前記電気駆動部（５）が、第２段階（ＩＩ）中に前記制御装置（６）によって操作されるときに、第２切換接点（Ｖ２）を開き、
   ・前記電気駆動部（５）のエネルギー供給が、当該開放中に監視システム（７）によって監視され、
   ・電圧が、前記電気駆動部（５）のエネルギー供給時に低下すると、前記制御装置（６）のコンデンサからのエネルギーが、前記第２切換接点（Ｖ２）を完全に開くために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ・第２選択器可動接点（Ｗ２）が、第３段階（ＩＩＩ）中に隣接した巻線タップ（ｎ＋１）に接近することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. ・前記電気駆動部（５）が、第４段階（ＩＶ）中に前記制御装置（６）によって操作される結果、前記第２切換接点（Ｖ２）を閉じ、
   ・前記電気駆動部（５）のエネルギー供給が、当該閉鎖中に前記監視システム（７）によって監視され、
   ・電圧が、前記電気駆動部（５）のエネルギー供給時に低下すると、前記制御装置（６）のコンデンサからのエネルギーが、前記第２切換接点（Ｖ２）を完全に閉じるために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ・第５段階（Ｖ）中に、第１選択器可動接点（Ｗ１）が、１つの巻線タップ（ｎ）に接触し、第２選択器可動接点（Ｗ２）が、隣接した巻線タップ（ｎ＋１）に接触し、
   ・前記第１切換接点（Ｖ１）及び前記第２切換接点（Ｖ２）が閉じられていて、
   ・循環電流（Ｉｋ）が、このときに発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ・第６段階（ＶＩ）中に、電圧が、選択された１つの位相線（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に印加されているか否かが、当該切換を継続させる前に前記電圧監視装置（８）によって検査され、
   ・当該切換は、電圧が印加されていないときは中止され、
   ・当該切換は、電圧が印加されているときは継続されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ・第７段階（ＶＩＩ）中に、第１選択器可動接点（Ｗ１）が、隣接した巻線タップ（ｎ＋１）に接近することを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. ・第８段階（ＶＩＩＩ）中に、前記電気駆動部（５）が、制御装置（６）によって操作され、このときに前記第１切換接点（Ｖ１）を閉じ、
   ・前記電気駆動部（５）のエネルギー供給が、当該閉鎖中に監視システム（７）によって監視され、
   ・電圧が、前記電気駆動部（５）のエネルギー供給時に低下すると、前記制御装置（６）のコンデンサからのエネルギーが、前記第１切換接点（Ｖ１）を完全に閉じるために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. ・第９段階（ＩＸ）において、当該切換が終了されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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