PL199330B1 - Tyrystorowy przełącznik odczepów - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy prze lacznik odczepów, który zawiera mecha- niczny prze lacznik odczepów oraz prze lacznik bocznikuj acy z tyrystorami jako srodkami prze- laczaj acymi. Przelacznik odczepów charaktery- zuje si e nast epnie tym, ze jedynie prze lacznik odczepów jest zamocowany w wype lnionej olejem kadzi transformatora, podczas gdy prze- lacznik bocznikuj acy zamocowany jest w do la- czonej z boku oddzielnej obudowie. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy przełącznik odczepów, w szczególności do ciągłego przełączania pomiędzy różnymi odczepami uzwojenia transformatora pod obciążeniem.

Tyrystorowe przełączniki odczepów określonej kategorii są także często nazywane hybrydowymi przełącznikami odczepów, ponieważ mają, poza tyrystorami w przełącznikach rezystorowych bocznikujących pod obciążeniem jako środkami elektronicznego łączenia mocy, także mechaniczne styki, a zwłaszcza mechaniczny styk selektora. Można wspomnieć, że istnieją również tak zwane całotyrystorowe przełączniki takie, jak znany z WO 95/27931, które wykorzystują tylko ruchome elementy mechanicznego przełączania, ale są one relatywnie duże i mają skomplikowaną konstrukcję, i nie zyskały akceptacji w praktyce.

Obecny wynalazek odnosi się do raczej do tyrystorowych przełączników odczepów rodzaju, a wię c do hybrydowych przełączników odczepów.

Ta kategoria tyrystorowych przełączników odczepów może być z kolei podzielona na dwa różne rodzaje przyrządów o różnych zasadach funkcjonowania.

Na przykład znany jest z opisu patentowego DE 32 23 892 C2, tyrystorowy przełącznik odczepów, który działa według zasady komutacji. W tym przypadku przełączanie pod obciążeniem przeprowadza się przez kontrolowaną komutację prądu obciążeniowego - stąd nazwa - z jednej przeciwsobnie połączonej pary tyrystorów na jednym rozgałęzieniu przełącznika rezystorowego bocznikującego pod obciążeniem na odpowiadającą jej drugą parę tyrystorów na drugim rozgałęzieniu. Przełączniki odczepów tego rodzaju są produkowane i używane sporadycznie od ponad osiemdziesięciu lat i są określane mianem przepływowych. W tym przypadku aktywna część przełącznika rezystorowego bocznikującego pod obciążeniem jest umiejscowiona w przepływowej komorze ponad pojemnikiem transformatora w obudowie wypełnionej powietrzem podczas, gdy druga część przełącznika zanurzona jest w wypełnionym olejem pojemniku transformatora. Przepływowa komora izolatora jest częściowo wypełniona izolacyjnym olejem i połączona z otaczającym powietrzem przez uszczelkę silikożelową. Wewnątrz obudowy aktywnej części znajduje się rama, która przyjmuje elektroniczne podzespoły przełącznika rezystorowego bocznikującego pod obciążeniem. Sama podpora komory przepływowej jest zamocowana na przylegającym ramieniu. Klatka nośna ze stykami terminala umieszczona jest w komorze olejowej przełącznika rezystorowego bocznikują cego pod obciążeniem. Taki przełącznik wymaga jednak bardzo dużej powierzchni, szczególnie z uwagi na porcelanowy izolator przepustowy umieszczony pomiędzy elektroniczną obudową nad transformatorem i częścią, która jest opuszczona do transformatora, przyrządem z klatką nośną i mechanicznymi przełącznikami pomocniczymi. Ponadto dostęp do poszczególnych elementów, w części wypełnionej olejem, jest trudny, co więcej konserwacja takiego urządzenia jest skomplikowana i niewygodna. Ogólnie, ten rodzaj urządzeń nie był w stanie zdobyć sobie w przeszł o ś ci akceptacji.

Co więcej, jako drugi z pozostałych dwóch typów przyrządów, tyrystorowy przełącznik odczepów z rezystorem przejściowym znany jest z opisu zgłoszeniowego WO 98/48432. W tym przypadku zapewnia się pojedynczą parę przeciwsobnie połączonych tyrystorów, w których rezystor przejściowy układa się równolegle. Nie tylko para tyrystorów, ale także rezystor przejściowy może być włączony w specyficznej sekwencji przełączania i włączany w obwód prą dowy przez mechaniczne styki przełączające. W tym przypadku podczas przełączenia pod obciążeniem prąd obciążeniowy chwilowo przepływa przez rezystor przejściowy, a następnie przez ten element płynie prąd obwodowy, który jest wynikiem pojawienia się napięcia na odczepie zwojnicy regulującej. Konstrukcyjna warstwa tyrystorowego przełącznika odczepów takiego typu znana jest z publikacji „Hybrydowy przełącznik rezystorowy bocznikujący OTLC z tyrystorami” firmy ELIN OLTC GMBH, Austria oraz z artykułu „Hybrydowy przełącznik obciążenie TADS - przyszłościowa koncepcja przedłużenia czasu pomiędzy konserwacjami” w czasopiśmie „e & i” Vol. 11, 1999. Cały przełącznik jest w tym przypadku postrzegany jako całkowita wkładka, która może być cała obniżona do wypełnionego olejem pojemnika transformatora. Wadą tej konstrukcji jest, że tyrystory są wystawione na działanie gorącego oleju z transformatora. To uniemożliwia długą pracę elementów elektronicznych które, z zasady, działają skutecznie tylko w temperaturze otoczenia do około 100 stopni Celsjusza. Problem ten narasta z uwagi na wydzielanie się ciepła na rezystorze przejścia lub w praktyce, zazwyczaj na kilku rezystorach przejścia, które umieszcza się z uwagi na znaczne obciążenia prą dowe. Tak więc znaczna część energii musi by ć zamieniona na dodatkowe ciepło, co zwiększa ryzyko nieprawidłowego funkcjonowania rezystorów. W przypadku opisanych znanych przełączników odczepów konsekwencją jest, że tylko ograniczona liczba przełąPL 199 330 B1 czeń pod obciążeniem powinna mieć miejsce w określonym czasie tak, że wytworzone przez rezystor przejściowy ciepło nie przekracza ograniczonej wartości. Jest to niepożądane dla wielu zastosowań przemysłowych. W tym rozwiązaniu zaproponowano, wprowadzenie dodatkowego przełącznika temperaturowego, który blokuje napęd elektryczny przełącznika odczepów, powodując chwilowe zatrzymanie hybrydowego przełącznika tyrystorowego, gdy w środowisku pracy tyrystorów temperatura przekracza poziom, który nie jest jeszcze szkodliwy.

Istotą wynalazku jest tyrystorowy przełącznik odczepów do ciągłego przełączania pomiędzy różnymi odczepami uzwojenia transformatora z odczepami pod obciążeniem. Przełącznik składa się z mechanicznego selektora odczepów do preselekcji bez zasilania poszczególnych odczepów uzwojenia, na które ma nastąpić przełączenie oraz przełącznika rezystorowego bocznikującego z co najmniej jedną przeciwsobną parą tyrystorów do ciągłego przełączania z poprzedniego na nowy, wybrany wstępnie odczep zwojnicy pod obciążeniem. Przełącznik według wynalazku charakteryzuje się tym, że tylko selektor odczepów jest umieszczony w pojemniku (kadzi) transformatora, który jest wypełniony olejem transformatora z odczepami. Przełącznik tyrystorowy bocznikujący pod obciążeniem jest z kolei umieszczony w oddzielnej obudowie w powietrzu wraz z co najmniej jedną przeciwsobną parą tyrystorów. Obudowa znajduje się z boku pojemnika transformatora i jest od niego oddzielona płytką przepływową. Natomiast linie łączące selektor odczepów z tyrystorowym przełącznikiem bocznikującym pod obciążeniem są poprowadzone przez płytki przepływowe.

Korzystnie co najmniej jeden rezystor przejściowy przełącznika tyrystorowego bocznikującego pod obciążeniem znajduje się w dalszej oddzielnej części obudowy, w powietrzu, gdzie dalsza część obudowy jest oddzielona od obudowy za pomocą przegrody.

Korzystnie część obudowy ma co najmniej jeden otwór umożliwiający cyrkulację powietrza.

Szczególną zaletą wynalazku jest to, że tyrystory mogą być całkowicie oddzielone nie tylko od gorącego oleju tranzystora, ale i od rezystora przejściowego bez konieczności użycia skomplikowanej konstrukcji lub szczególnie rozległych układów połączeń. Według szczególnie korzystnego przykładu wykonania wynalazku, dzięki oddzielnemu rozmieszczeniu rezystora przejściowego, energia w nim przekształcona na ciepło może być rozproszona w prosty sposób przez naturalne lub sztuczne schłodzenie obwodu, szczególnie przez schładzanie powietrzem. Jednocześnie można mieć pewność, że ciepło to nie promieniuje na inne części przyrządu i nie ogrzewa ich nadmiernie oraz nie ma szkodliwego wpływu na tyrystory. Podsumowując, tyrystorowy przełącznik odczepów według wynalazku umożliwia wykonanie serii przełączeń pod obciążeniem następujących po sobie, w sytuacji krótkotrwałego działania tyrystorów, bez ograniczeń zdolności obciążenia cieplnego tyrystorów, co stanowiło do tej pory problem.

Przedmiot wynalazku w korzystnym przykładzie wykonania przedstawiono na rysunku, na którym uwidoczniono schemat ideowy tyrystorowego przełącznika odczepów według wynalazku.

Na rysunku po lewej stronie przedstawiono wypełniony olejem pojemnik (kadź) transformatora 1. Zwojnice 2, 3 są przedstawione schematycznie, z których ta po prawej stronie jest zwojnicą regulującą z odczepami 3 z poszczególnymi odczepami zwojnicy 1 ... n. Ka ż dy z odczepów zwojnicy 1 ... n jest elektrycznie połączony ze stałym stykiem K1 ... Kn selektora odczepów 4 tyrystorowego przełącznika odczepów. Stałe styki K1 ... Kn są elektrycznie połączone w znany sposób przez dwa ruchome styki selektora 5, 6. Przełącznik tyrystorowy bocznikujący pod obciążeniem 9, który działa w powietrzu, umieszczony jest w oddzielnej obudowie 8, która znajduje się na zewnątrz pojemnika transformatora 1. Obudowa 8 jest dołączona z boku pojemnika i połączona z nim przez płytkę przepływową 7. Elektryczne linie łączące 10, 11 z selektora odczepów 4 do przełącznika tyrystorowego bocznikującego pod obciążeniem 9 oraz bocznika pod obciążeniem 12 są przeprowadzone przez olejoszczelne przepływy 13, 14, 15 w płytce przepływowej. Przełącznik tyrystorowy bocznikujący pod obciążeniem 9 może składać się z różnych części niezależnych od obwodu, na którym się opiera. W tym przypadku D1 i D2 oznaczają trwałe styki główne, które w nieruchomych położeniach przewodzą prąd stały, to znaczy, tworzą odpowiednie połączenie jednego z ruchomych styków selektora 5 i 6 do bocznika pod obciążeniem L. SR oznacza przełącznik zmostkowania do bocznika pod obciążeniem L. Numer referencyjny 16 oznacza pojedynczą parę tyrystorów połączoną przeciwsobnie, a CT i CR oznaczają dwa przełączniki rezystorowe bocznikujące. W tym przypadku styk podstawowy przełącznika rezystorowego bocznikującego CT jest elektrycznie połączony z parą tyrystorów 16, a styk podstawowy przełącznika rezystorowego bocznikującego CR z rezystorem przejściowym 17.

W szczególnie korzystnym przykł adzie wykonania wynalazku, wprowadzona zostaje dalsza część obudowy 19, w której rezystor przejściowy 17 jest umieszczony z boku obudowy 8, również

PL 199 330 B1 w powietrzu. Dalsza część obudowy 19 jest oddzielona przegrodą 18. Na górze i dole części obudowy 19 umieszczone są otwory 20, 21 tak, że możliwe jest poprowadzenie przez tę część obudowy 19 specjalnego strumienia powietrza do schładzania rezystora przejściowego 17.

Podsumowując, rysunek przedstawia szczególnie korzystną konstrukcję według wynalazku. Cały selektor odczepów 4 tyrystorowego przełącznika odczepów jest umieszczony w pojemniku transformatora 1 i jest obmywany przez olej transformatora. Gwarantuje to nie tylko smarowanie styków mechanicznych, ale także odpowiednią moc elektryczną całego układu. Przełączenie obciążenia ma z kolei miejsce dzię ki zastosowaniu pary tyrystorów 15 umieszczonych w powietrzu, poza pojemnikiem transformatora 1. Niekorzystny wpływ gorącego oleju transformatora na parę tyrystorów 16 jest dzięki temu wyeliminowany. Połączenie elektryczne pomiędzy tymi dwoma układami jest podobnie szczególnie proste jako, że przez płytkę przepływową 7 należy poprowadzić tylko trzy elektryczne linie łączące 10, 11, 12. Powyżej wyjaśniono, że szczególnie korzystne jest umieszczenie rezystora przejściowego 17 w dalszej części obudowy 19, również w powietrzu. Dzięki czemu zapewnione jest nie tylko proste schładzanie, ale także wyeliminowany jest jakikolwiek wpływ temperatury na parę tyrystorów 16.

Wynalazek nie jest ograniczony do ujawnionego obwodu, który jest przedstawiony w przykładzie wykonania wynalazku, z tylko jedną parą tyrystorów, tylko jednym rezystorem przejściowym i specyficznym ukł adem dodatkowych przełączników mechanicznych. Zakres wynalazku dopuszcza także równie użyteczny, jakikolwiek inny przełącznik tyrystorowy bocznikujący pod obciążeniem z układem, jakiegokolwiek typu, z jedną lub kilkoma parami tyrystorów jako środkami przełączającymi oraz niezależnie od liczby, przełączanie i uruchamianie sekwencji jakichkolwiek możliwych, dalszych przełączników mechanicznych lub przełączników rezystorowych bocznikujących. Podobnie, rodzaj i sposób generowania napięcia zapłonowego indywidualnych tyrystorów mogą być wybrane na wiele sposobów, pozostając objęte zakresem wynalazku.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tyrystorowy przełącznik odczepów do ciągłego przełączania pomiędzy różnymi odczepami uzwojenia transformatora z odczepami pod obciążeniem, składający się z mechanicznego selektora odczepów do preselekcji bez zasilania poszczególnych odczepów uzwojenia, na które ma nastąpić przełączenie oraz przełącznika rezystorowego bocznikującego, z co najmniej jedną przeciwsobną parą tyrystorów do ciągłego przełączania z poprzedniego na nowy wybrany wstępnie odczep zwojnicy pod obciążeniem, znamienny tym, że tylko selektor odczepów (4) jest umieszczony w pojemniku transformatora (1), który jest wypełniony olejem transformatora z odczepami, przełącznik tyrystorowy bocznikujący pod obciążeniem (9) jest z kolei umieszczony w oddzielnej obudowie (8) w powietrzu wraz z co najmniej jedną przeciwsobną parą tyrystorów (16), gdzie obudowa znajduje się z boku pojemnika transformatora (1) i jest od niego oddzielona płytką przepływową (7), a linie łączące (10, 11, 12) selektora odczepów (4) do przełącznika tyrystorowego bocznikującego pod obciążeniem (9) są poprowadzone przez płytki przepływowe (7).
2. 2. Tyrystorowy przełącznik odczepów według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden rezystor przejściowy (17) przełącznika tyrystorowego bocznikującego pod obciążeniem (9) znajduje się w dalszej oddzielnej części obudowy (19) w powietrzu, gdzie dalsza część obudowy jest oddzielona od obudowy (8) za pomocą przegrody (18).
3. 3. Tyrystorowy przełącznik odczepów według zastrz. 2, znamienny tym, że część obudowy (19) ma co najmniej jeden otwór (20, 21) umożliwiający cyrkulację powietrza.