SE518664C2 - Transferswitch, användning av en sådan transferswitch, anläggning innefattande ett flertal transferswitchar, ställverk och förfarande för överföring av en matning av en last - Google Patents

Description

unavn 10 15 20 25 30 35 518 664 2 . u » Q u rör det sig vanligtvis om sådana laster som är känsliga för ström- avbrott, och hos vilka strömavbrott skulle kunna förorsaka stora kostnader eller andra allvarliga olägenheter, såsom personfara.

Ett exempel på ett teknikområ_de där ett avbrott på matningen av elektrisk effekt till en industriprocess skulle få kostnadsmässigt förödande konsekvenser är högtemperaturprocesser inom ställn- dustrin. lnom uppfinningens ram ligger dock att en sådan trans- ferswitch används för att koppla om mellan två olika matningar i beroende av helt andra parametrar, såsom exempelvis pris på elektrisk effekt levererad från olika ställen relativt varandra under olika tidsperioder.

”Last” är här att ge en vid betydelse och däri inbegripes även ex- empelvis ett växelspännlngsnät som på detta sätt genom en transferswitch kan förses med matning av elektrisk effekt från olika håll.

Eleämentet är vanligtvis ett halvledarelement men det skulle kunna vara av varje tänkbart slag med nämnda förmåga, såsom exempelvis en variabel elektrisk resistor enligt WO 98/149694.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till något speciellt om- råde hos driftströmmen genom en dylik elektrisk kopplare i slutet tillstånd hos en sådan transferswltch, och inte heller till några speciella spänningsnivåer förekommande hos nämnda strömväg, men det kan ändå nämnas att den är speciellt användbar för mellanspänning, det vill säga motsvarande 1-52 kV systemspän- ning, varvid driftströmmen ifråga typiskt sett kan vara 1 kA, men både lägre och högre spänningar och strömmar än dessa är tänkbara.

Det påpekas att "ledande tillstånd” ovan är att ge en vid bety- delse, och det är inte nödvändigt att ett element på väg in i elleri det ledande tillståndet verkligen leder, utan detta avses även täcka in att det kan bringas att i det ögonblicket leda om så skulle önskas, vilket skulle kunna vara fallet för ett tändbart halvledarelement, som en tyristor, medan ett passivt halvledar- :annu 10 15 20 25 30 35 518 664 3 element i form av en diod istället alltid kommer att leda i det le- dande tillståndet sådant detta här definieras.

Vidare påpekas att ”första kontaktdon" och "andra kontaktdon” inbegriper alla typer av fysiska utseenden hos ett kontaktdon hos vilket en fysisk separering av två delar under bildande av ett gap däremellan sker vid öppnande av kontaktdonet, och detta kan exempelvis ske genom att en rörlig kontakt som förbinder två på avstånd anordnade kontakter förflyttas så att dessa ej längre är i förbindelse med varandra eller att en rörlig kontakt är i anligg- ning mot en fast kontakt och förflyttas bort från denna. Två rör- liga kontakter är även tänkbara. ”Gap” ska även ges en vid bety- delse. Det inbegriper även att en isolator förs in mellan kontak- terna och denna kan vara en fast kropp som anligger mot båda kontakterna. Således skulle även en kontaktyta kunna följas av en isolerande yta i samma kropp (som kan innefatta en rörlig el- lerjast kontakt) och i samma plan och ”gapet” då bildas genom att två kroppar som i ett anliggningsläge bildar en kontakt för- skjuts relativt varandra så att en sådan isolerande yta bildar an- liggningsytan hos den ena eller båda kropparna.

De hos den inledningsvis definierade transferswitchen anordnade elektriska kopplarna benämns vanligen hybridbrytare, och kän- netecknande för dem är att de har förmåga att åstadkomma en ljusbågsfri brytning av strömvägen genom kopplaren, då denna äger rum när halvledarelementet är i spärrande tillstånd och ingen ström flyter igenom kopplaren. Hos kopplare med kontakt- don som bryter ström därigenom, och sàledes en ljusbåge alst- ras, måste antingen gastrycket inuti den använda brytaren vara högt för att åstadkomma tillräcklig isolation och brytförmåga eller av samma anledning ett vakuum tillhandahållas inuti brytaren. l det första fallet åtgår en hel del energi för utblåsning av ljusbå- gen, medan i det andra fallet krävs ett relativt högt kontakttryck mellan kontakterna för en god kontakt, vilket konsumerar icke försumbar mängd energi. :unna 10 15 20 25 30 35 518 ßßåïïíïïí 'f 1*- 4 Hos tidigare kända transferswitchar av inledningsvis definierat slag är nämnda första kontaktdon bildat av en vakuumbrytare med ovannämnda olägenhet som följd, medan det andra kontakt- donet är bildat av en frånskiljare. Dessutom är elementet i vissa fall inkopplat i normal drift, vilket leder till ett stort behov av kyl- ning därav. Detta tillsammans med krav på en förhållandevis komplicerad styrelektronik gör att sådana tidigare kända trans- ferswitchar blir mycket skrymmande och kostsamma.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en transferswitch av inledningsvis definierat slag, vilken kan utfor- mas på ett betydligt enklare sätt, med väsentligt lägre platskrav och därmed till en lägre kostnad än ovan diskuterade tidigare kända sådana transferswitchar.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla en sådan transferswitch, vilken innefattar åtminstone en rörlig del och genom att utforma enheten att styra denna del att utföra en enda mekanisk rörelse för att öppna de båda kontaktdonen hos den första kopplaren och sluta de båda kontaktdonen hos den andra kopplaren.

Genom att en enda rörlig del styrs att utföra en enda mekanisk rörelse vid öppnande av de båda kontaktdonen hos den ena kopplaren och slutande av de båda kontaktdonen hos den andra kopplaren kan detta ske på ett perfekt synkroniserat sätt, utan att någon komplicerad styrinrättning krävs för att samordna dessa öppningar respektive slutningar med varandra. En annan fördel är att en enda drivinrättning kan användas för att åstadkomma hela överföringen av matningen till lasten från den ena växel- strömsmatningen till den andra genom att driva den rörliga delen att utföra en rörelse. Genom att öppnandet eller slutandet av vardera elektriska kopplare hos transferswitchen enligt uppfin- ningen sker genom en enda mekanisk rörelse uppnås förbättrad möjlighet att göra manövreringen snabbare, då endast en accele- anno: 10 15 20 25 30 35 518 664 5 . . u . n. ration av en rörlig del är nödvändig. Detta förstärks av att kopp- larna hos den uppfinningsenliga transferswitchen på detta sätt kan tillse ljusbågsfri brytning av strömmen genom det första kon- taktdonet utan anordnande av någon vakuumbrytare, så att istället motsvarande mängd energi kan användas för att göra brytningen snabbare. Härigenom kan olika typer av elektrisk ut- rustning anslutna till nämnda strömväg bättre skyddas vid uppträ- dande av fel och materialslitage hos de kontakter som ingår i kopplarna minskas. Allt detta gör att den uppfinningsenliga transferswitchen kan göras betydligt kompaktare än tidigare kända sådana transferswitchar och de kan även tillhandahållas till en lägre kostnad.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar transferswitchen åtminstone två utmed den rörliga delens bana för nämnda mekaniska rörelse efter varandra anordnade kontak- ter,_ den rörliga delen är anordnad att i respektive kopplares slutna tillstånd bilda en galvanisk förbindelse mellan nämnda två kontakter, att respektive kopplare är anordnad att via en av kon- takterna och den rörliga delen vara inkopplad i en genom koppla- ren ledande strömväg, att hos respektive kopplare elementet för- binder de båda kontakterna med varandra, och styrenheten är anordnad att styra öppning av strömvägen genom respektive kopplare genom att styra den rörliga delen att röra sig utmed en sådan bana och i sådan riktning att först den galvaniska förbin- delsen mellan den ena av nämnda två kontakter och den rörliga delen bryts för öppnande av det första kontaktdonet och sedan den galvaniska förbindelsen mellan den andra av nämnda båda kontakter och den rörliga delen bryts för öppnande av det andra kontaktdonet. Detta utför ett mycket enkelt och prisbilligt sätt att utforma den uppfinningsenliga transferswitchen på, eftersom varje kopplare endast har att innehålla två fasta kontakter, en med den andra kopplaren gemensam rörlig kontaktdel samt ett enda element för att säkerställa ljusbågsfri brytning av strömvä- gen till den ena växelströmsmatningen och upprättande av strömvägen till den andra växelströmsmatningen. innan 10 15 20 25 30 35 518 664 6 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar åtminstone en av nämnda kopplare åtminstone tre utmed den rörliga delens bana för nämnda mekaniska rörelse efter var- andra anordnade kontakter, elementet hos denna kopplare för- binder en första och andra intilliggande av dessa tre kontakter med varandra, den rörliga delen är anordnad att i det slutna till- ståndet hos nämnda åtminstone ena kopplare bilda en galvanisk förbindelse mellan nämnda tre kontakter, och styrenheten är an- ordnad att för brytande av strömmen genom denna kopplare styra den rörliga delen att röra sig utmed en sådan bana och i sådan riktning att först den galvaniska förbindelsen mellan den första kontakten mest avlägsen från den tredje av kontakterna och de båda övriga kontakterna bryts för öppnande av det första kon- taktdonet och sedan den galvaniska förbindelsen mellan den andra och tredje kontakten bryts för öppnande av det andra kontaktdonet. Denna utföringsform kräver ävenledes endast ett halvledarelement per kopplare, vilket gör den prisvärd.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar nämnda åtminstone ena kopplare hos transferswitchen åt- minstone två nämnda element i form av halvledarelement an- slutna mellan var sin utmed den rörliga delens rörelsebana yttre kontakt och en närmast den senare belägen kontakt, den rörliga delen är anordnad att i denna kopplares slutna tillstånd bilda en galvanisk förbindelse mellan samtliga kontakter mellan och inklu- sive nämnda yttre kontakter, denna kopplare innefattar organ för avkännande av riktningen hos strömmen genom kopplaren i det slutna tillståndet, och styrenheten är anordnad att på grundval av information från nämnda avkännarorgan vid brytande av ström- men genom kopplaren styra den rörliga delen att röra sig i en- dera riktningen utmed sin rörelsebana för att genom brytande av den galvaniska förbindelsen mellan en första yttre kontakt och en första denna intilliggande kontakt öppna det första kontaktdonet och därefter genom fortsatt rörelse öppna det andra kontaktdo- net. Genom att på detta sätt möjliggöra ett brytande och ävenle- des etablerande av en strömväg genom rörelsen av den rörliga delen i två olika riktningar kan i princip momentant vid uppstå- annan 10 15 20 25 30 35 518 664 7 n n u . .- ende av önskemål om brytning av den ena växelströmsmatningen den rörliga delen accelereras för öppnande av det första kontakt- donet hos ifrågavarande kopplare, eftersom rörelseriktning kan väljas så att det halvledarelement som avses överta strömmen är i ledande tillstånd. Detta inne-bär att den skadliga inverkan som ett fel utmed ifrågavarande strömväg kan förorsaka kan reduce- ras till ett minimum samtidigt som tiden lasten är utan matning kan göras mycket kort. Detta är en stor fördel i förhållande till den ovan först nämnda föredragna utföringsformen, hos vilken den rörliga delens rörelseriktning vid brytande av strömvägen är bestämd och rätt strömriktning måste inväntas innan manövrering kan ske, vilket kan förorsaka en fördröjning på upp till en halv period hos växelspänningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den rörliga delen ansluten till lasten, vilket möjliggör en överföring av mätningen av lasten från den ena växelströmsmatningen till den andra med mycket enkla medel och under användande av ett mi- nimalt antal kontakter.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen har de båda kopplarna en utmed den rörliga delens rörelsebana gemen- sam kontakt, så att kontakterna utmed denna rörelsebana på ena sidan om den gemensamma kontakten tillhör en första av kopp- larna och de på den andra sidan den andra av kopplarna, och den gemensamma kontakten är anordnad att anslutas till lasten.

Genom att utforma transferswitchen för anslutning till lasten på detta sätt kan den göras mycket enkel och kompakt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att styra den rörliga delen utmed en vä- sentligen cirkelbågsformad rörelsebana utmed vilken kontaktdo- nen hos de båda kopplarna är anordnade. Härigenom kan vid ett öppet tillstånd hos den ena kopplaren denna bringas till det slutna tillståndet via en rörelse åt det håll som önskas genom roterande av den rörliga delen, så att det slutna tillståndet kan uppnås på snabbast möjliga sätt, så att i fallet av öppning och nn;|| 10 15 20 25 30 35 518 664 8 slutning i två olika riktningar enligt ovan den rotationsriktning som ger möjlighet till den snabbaste öppningen med hänsyn ta- gen till läget hos växelspänningen över ifrågavarande kopplare ständigt kan väljas. Därvid är det speciellt fördelaktigt om de båda kopplarna är anordnadeväsentligen 180° förskjutna relativt varandra utmed nämnda cirkelbåge, då detta möjliggör ett över- förande av matningen till lasten via den ena kopplaren till den andra på en kortast möjlig maximal tid oavsett det läge växel- strömmen hos den slutna kopplaren har i ögonblicket för uppstå- ende av behovet av överföringen. Det blir dessutom enklare att manövrera kopplaren med t ex en elektrisk motor.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den rörliga delen stelt förbunden med en axel, och styrenheten är an- ordnad att styra en drivinrättning att driva axeln för förflyttande av den rörliga delen utmed nämnda bana. Detta sätt att åstad- komma rörelsen av den rörliga delen på möjliggör en enkel ut- formning av drivinrättningen samt möjlighet till en rörelse med en hög acceleration.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar transferswitchen organ anordnade att väsentligen kontinu- erligt känna av riktningen och storleken av strömmen genom den kopplare som för tillfället är sluten och sända ut information om detta till styrenheten. Detta gör att styrenheten hela tiden "vet" hur ett överförande från den ena matningen till den andra skall ske, så att detta kan göras på snabbast och smidigast möjliga sätt så snart behov därav uppstår.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar kopplaren en spänningsbegränsande anordning parallell- kopplad med halvledarelementet, och anordningen är anordnad att börja leda vid en spänning däröver l närheten av elementets maximala spänningstàlighet. Det är möjligt genom att i koppla- rens slutna och öppna tillstånd ingen spänning kommer att ligga över elementet och därigenom inte heller över anordningen, så att denna inte kommer att värmas upp av några läckströmmar annan 10 15 20 25 30 35 518 664 9 därigenom. Genom anordningen, som kan vara en varistor, men även skulle kunna vara av annan typ, exempelvis en resistor, snubber eller dylikt, kan den första spänningstoppen som uppstår över elementet genom den återvändande spänningen efter öpp- nandet av det första kontaktdonet begränsas, vilket i fallet av ett enda element gör att detta kan dimensioneras för att kunna klara av att hålla en lägre återvändande spänning i sin spärriktning och därmed blir billigare än eljest. I fallet av flera seriekopplade ele- ment kan, genom ett anordnande av en sådan anordning paral- lellt med varje element, antalet sådana seriekopplade element med en given spänningstålighet reduceras. Därigenom undviks att något enskilt element får en högre spänning över sig än vad det tål, medan andra element får en lägre spänning över sig.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar åtminstone en av kopplarna medel anordnade att inverka höjande på spänningen vid separerande av två kontakter i sam- band med öppnandet av det första kontaktdonet. Spänningen vid kontaktseparationen är normalt i storleksordningen 12-15 V, och driver på överförande av strömmen till, det parallellkopplade elementet. Ju högre denna spänning är desto snabbare kan strömmen matas in i elementet. Genom anordnandet av nämnda medel uppnås ett mindre materialslitage och kontaktstället kom- mer även att hålla bättre isolationsmässigt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar nämnda medel flera seriekopplade första kontaktdon an- ordnade att väsentligen samtidigt öppnas för överförande av strömmen till elementet. Genom en sådan seriekoppling av flera kontaktdon kommer den spänning som kommer att driva på led- ningen av elementet att ökas, då denna kommer att bildas genom en addition av spänningarna hos de seriekopplade kontaktdonen med just nämnda fördelaktiga resultat som följd.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda medel bildade av att i det första kontaktdonet ingående kontakter har åtminstone en del av ablaterande material anordnat »inun 10 15 20 25 30 35 518 664 10 att hettas upp och förångas till gaser för gasblåsning på ljusbà- gen vid separerande av två kontakter vid öppnande av det första kontaktdonet, vilket även det åstadkommer en högre ljusbågs- spänning och snabbare kommutering av strömmen till elementet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är åt- minstone den ena kopplarens halvledarelement en diod, vilket ofta torde vara att föredraga, då en sådan lösning blir billig i för- hållande till andra styrbara halvledarelement och även mycket tillförlitlig. Det är dock även tänkbart att halvledarelementet är styrbart, såsom en tyristor, och det skulle även kunna vara släckbart, såsom en GTO eller en IGBT, för att möjliggöra ett snabbare brytningsförlopp hos den slutna kopplaren. Det skulle även i vissa situationer kunna vara fördelaktigt att anordna ett bidirektionellt halvledarelement, det vill säga ett halvledarele- ment som kan spärra och leda i båda riktningar, såsom en BCT (bidirektionellt styrd tyristor).

Används ett halvledarelement av material med ett brett energigap mellan valensband och ledningsband, det vill säga ett energigap överstigande 2,5 eV, såsom SiC och diamant, kan förhållandevis höga spänningar hanteras av transferswitchens båda kopplare och därmed av transferswitchen under användande av ett litet antal halvledarelement.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar transferswitchen medel anordnade att kontinuerligt eller intermittent bestämma vilken av de båda mätningarna som för tillfället är mest lämplig för lasten, och styrenheten är anordnad att på grundval av informationer från nämnda medel styra nämnda rörliga del för överföring av matningen av lasten från den ena växelströmsmatningen till den andra om den vid detta tillfälle till lasten inkopplade växelspänningsmatningen inte över- ensstämmer med nämnda lämpligaste matning. Härigenom kan transferswitchen användas till att alltid tillse att den enligt vissa kriterier lämpligaste av två växelströmsmatningar är ansluten till lasten. ;i.a| 10 15 20 25 30 35 518 664 11 Uppfinningen avser även fördelaktiga användningar av en trans- ferswitch enligt ovan i enlighet med bifogade patentkrav, och för- delarna med de flesta av dessa framgår med all önskvärd tydlig- het av diskussionen ovan, men här kan nämnas att en speciellt fördelaktig användning av transferswitchen är för anslutning av elektrisk utrustning till ett växelspänningsnät via två olika ström- vägar, först den första för igàngsättande av den elektriska ut- rustningen via slutande av den första av kopplarna och sedan den andra för drift av denna utrustning via öppnande av den första kopplaren och slutande av den andra, varvid en mera spe- cifik sådan användning utgörs av reaktorstart av en till ett växel- spänningsnät ansluten elektrisk motor för att först via den första kopplaren ansluta motorn till växelspänningsnätet via en reaktor, det vill säga en induktor, och sedan via den andra kopplaren an- sluta motorn direkt till växelspänningsnätet. Härigenom undviks att en stor sådan motor drar ned spänningsnivån hos växelspän- ningsnätet till otillåtet låga nivåer vid nämnda start, och istället en mjukstart kan ske via reaktorn.

Likaså avser uppfinningen ett ställverk för elförsörjning inom in- dustrier eller vid distributionsnät eller transmissionsnät försett med en transferswitch enligt uppfinningen.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen kommer att framgå av den efterföljande beskrivningen och övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RlTNlNGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: fig 1 och 3-8 är förenklade vyer illustrerande en transferswitch enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen i olika funktionslägen mellan en last ansluten till en första växelspän- »a:a» 10 15 20 25 30 35 518 664 12 ningsmatning och lasten ansluten till en andra växelspännings- matning, fig 2 är ett förenklat kopplingsschema illustrerande principen för funktionen hos transferswitchen enligt fig 1, fig 9 är en förenklad vy illustrerande en transferswitch enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen i ett parkerings- läge med lasten skild från båda matningarna, fig 10 och 12-14 är förenklade vyer illustrerande en trans- ferswitch enligt en tredje föredragen utföringsform av uppfin- ningen i olika funktionslägen mellan en last ansluten till en första växelspänningsmatning och lasten ansluten till en andra växel- spänningsmatning, fig 11 är ett förenklat kopplingsschema illustrerande principen för funktionen hos transferswitchen enligt fig 10, fig 15-17 illustrerar schematiskt en elektrisk kopplare applicerbar i en transferswitch enligt en fjärde föredragen utföringsform av uppfinningen i slutet, temporärt slutet respektive öppet läge, fig 18 och 19 illustrerar elektriska kopplare användbara i trans- ferswitchar enligt ytterligare föredragna utföringsformer av upp- finningen, fig 20 illustrerar hur strömmen I genom och spänningen U över halvledarelementen hos en kopplare enligt fig 19 utvecklas över tiden ijämförelse med en kopplare väsentligen enligt fig 18, fig 21 och 22 illustrerar en del av en i en uppfinningsenlig trans- ferswitch ingående kopplare i två olika lägen vid brytning av strömmen därigenom, 14-1. 10 15 20 25 30 35 518 664 13 fig 23 och 24 är schematiska kopplingsschema illustrerande två möjliga sätt att anordna en transferswitch enligt uppfinningen på för start av en elektrisk motor, och fig 25 är ett förenklat kopplingsschema illustrerande en möjlig användning av en transferswitch enligt uppfinningen för in- och urkoppling av kondensatorer till ett växelspänningsnät för reaktiv effektkompensering.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras schematiskt en transferswitch för växelström en- ligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken innefattar två elektriska kopplare 1, 2 anordnade att upprätta re- spektive bryta en strömväg mellan en last 3 (se fig 2) här anslu- ten till en rörlig kontaktdel 4 och var sin växelströmsmatning 5, 6 antydda genom en elektrisk ledning för överföring av matningen av lasten med elektrisk effekt från den ena växelströmsmat- ningen till den andra. Därvid är en sådan transferswitch anord- nad per fas, så att ett trefasnät uppvisar tre sådana transferswit- char på en och samma ort. Den rörliga kontaktdelen 4 är anord- nad på en bärare 7, som är roterbart anordnad kring en axel 8.

Utvändigt om bäraren 7 med den rörliga delen 4 är hos respek- tive kopplare tre utmed den rörliga delens 4 rörelsebana belägna kontakter 9-11 respektive 12-14 anordnade att i anliggning mot den rörliga delen 4 bilda goda elektriska kontakter.

Diametern på den cirkel utmed vilken den rörliga delen är anord- nad att upprätta elektriska kontakter med kontakterna 9-14 är proportionell mot växelspänningen hos de båda mätningarna.

Ett halvledarelement 15-18 i form av en diod förbinder vardera i rörelsebanan sett yttre kontakt 9, 11, 12, 14 med den mellersta kontakten 10, 13, varvid den ena dioden hos vardera kopplare har sin ledriktning mot den mellersta kontakten och den andra sin ledriktning ifrån den senare. :unn- 10 15 20 25 30 35 518 664 14 Tansferswitchen uppvisar vidare en icke visad drivinrättning an- ordnad att driva bäraren 7 och därmed den rörliga kontakten 4 till rotation kring axeln 8.

Vardera kopplare är dessutom försedd med ett för kopplaren 1 schematiskt antytt avkännarorgan 19 anordnat att känna av rikt- ningen och storleken på strömmen i strömvägen igenom den för tillfället slutna kopplaren och sända informationer om detta till en enhet 20 anordnad att styra nämnda drivinrättning och därigenom den rörliga kontaktdelens 4 rörelse på grund av dessa informa- tioner. På detta sätt kommer styrenheten att hela tiden veta hur strömmen momentant ser ut för att ögonblickligen kunna styra den rörliga kontaktdelen på önskat sätt. Medel 56 är även anord- nade att på grundval av andra parametrar, såsom priser på ma- tad effekt hos de båda matningarna 5, 6, bestämma vilken som vid en given tidpunkt är lämpligast för lastens matning och sända införmationer om detta till styrenheten 20.

Funktionen hos denna transferswitch är följande: vi antar att transferswitchen befinner sig i läget enligt fig 1, i vilket den första kopplaren 1 är sluten, så att lasten är ansluten till växel- strömsmatningen 5, medan växelströmsmatningen 6 är från- kopplad, eftersom den elektriska kopplaren 2 är öppen. l exemp- lifierande syfte antas här att växelströmsmatningen 5 är den or- dinarie matningen, medan växelströmsmatningen 6 är en reserv- matning. När önskemål om inkoppling av reservmatningen 6 upp- står, exempelvis genom att avkännarorganet känner att inte nå- gon ström alls flyter i växelströmsmatningen 5 på grund av ett strömavbrott däri, då fattar styrenheten 20 först beslut om i vil- ken riktning den rörliga kontaktdelen 4 skall förflyttas för att bryt- ning av strömvägen igenom den första kopplaren 1 skall kunna ske så snabbt som möjligt. Detta beslut är beroende av i vilket läge strömmen i strömvägen igenom denna kopplare just då be- finner sig. I det slutna läget enligt fig 1 går nämligen hela ström- men genom kopplaren mellan den första kontakten 10 och den rörliga delen 4. När nu brytning skall ske skall strömmen så fort 1,1»- 10 15 20 25 30 35 518 664 15 som möjligt föras över till att gå via en av dioderna 15, 16 istäl- let. Strömmen kan kopplas in till en diod under den del av en växelströmsperiod som ligger mellan tidpunkten dioden blev framspänd i den riktningen till och med dioden blir backspänd nästa gång. Detta innebär vid en helperiod av 20 ms i praktiken att ett öppnande av ledningsvägen parallellt med dioden ifråga kan ske exempelvis ca 2 ms före nollgenomgång mot framspän- ningsriktningen till och med nästa nollgenomgâng.

Vi antar nu att strömmen i strömvägen 1 vid önskemål om bryt- ning har den riktning som indikeras genom pilen 21 i fig 1 och är inom det intervall som tillåter överförande av strömmen till dio- den 15. Styrenheten 20 styr då den rörliga kontakten 4 att rotera medsols för att öppna ett parallellt med dioden 15 liggande första kontaktdon, vilket här utgörs av kontakterna 10, 11 och den rör- liga delen 4. Då uppnås det i fig 4 visade temporärt slutna läget.

När detta sker bildas en liten gnista i gapet 22 mellan den rörliga delen 4 och kontakten 10, vilket resulterar i en spänning av van- ligtvis 12-15 V, vilken kommer att driva på överföringen av strömmen genom dioden 15, så att strömmen nu istället kommer att gå via den rörliga delen 4, kontakten 11 och dioden 15. Överföringen av strömmen till halvledarelementet kan även snabbas på genom att koppla in en resistans i den ordinarie strömvägen och därmed höjande av spänningen även över halv- ledarelementet.

När sedan strömmen genom kopplaren 1 byter riktning spärrar dioden strömmen genom denna, eftersom en spänning kommer att byggas upp över den då backspända dioden 15 och nu fort- sättes rotationsrörelsen av den rörliga kontaktdelen 4 åt samma håll som tidigare, så att den galvaniska förbindelsen mellan kontakten 11 och den rörliga delen 4 brytes, varvid denna bryt- ning kan ske ljusbàgsfritt, då inte någon ström går genom kon- taktstället vid brytningstillfället. Därigenom uppnås det i fig 8 vi- sade helt öppna läget. Det är vid denna brytning viktigt att den sker så pass snabbt att spänningen över dioden 15 inte hinner byta riktning igen och denna börjar leda. Skulle spänningen över :frun 10 15 20 25 30 35 518 664 16 kopplaren 1 befinna sig under den andra halvperioden vid de- tekterandet av behov av brytning av strömvägen genom koppla- ren skulle styrenheten istället styra den rörliga kontaktdelen 4 att rotera i figurerna sett motsols för utnyttjande av dioden 16 vid brytningen istället. På detta sätt uppstår möjlighet till en mycket snabb brytning av strömvägen, och till och med vid det mest ogynnsamma läget hos växelspänningen vid detekterandet av brytningsbehov kan kopplaren bringas mellan det slutna läget och det helt öppna läget enligt fig 8 inom väsentligt kortare tid än en period, vanligtvis alltid inom 15 ms vid en frekvens av 50 Hz hos växelspänningen. Det i fig 8 visade läget utgör även ett möj- ligt parkeringsläge, vilket kan under en längre tid intagas om lasten måste skiljas från mätningarna, exempelvis för utförande av reparationsarbeten mellan lasten och transferswitchen.

Genom att i kopplarens slutna läge strömmen aldrig går igenom dioderna måste endast kontakterna 10, 13 och 4 dimensioneras föfdriftströmmen, som exempelvis kan vara 1000 A, medan dio- derna 15, 16 dimensioneras för en möjlig kortslutningsström, vil- ken skulle i ett sådant fall kunna vara 25 kA. Denna skall de dock endast tåla under en mycket kort tid och dimensioneringen av di- oden kan göras utan något hänsynstagande till någon ständig driftström genom kopplaren. Vidare måste dioderna vara dimen- sionerade för en återvändande spänning som under en kort tids- period appliceras över dessa efter öppnandet av nämnda första kontaktdon. Denna kan i fallet av en nätspänning av 12 kV ex- empelvis vara ca 20 kV. Kontaktgapen 23 i fig 8 måste dock kunna tåla en betydligt högre så kallad impulsspänning, vilken i detta fall skulle kunna vara 75 kV.

När läget enligt fig 5 uppnås kopplas reservmatningen 2 omedel- bart in, därest strömriktningen hos denna då är så att en tempo- rär strömväg kan upprättas genom dioden 17, och i annat fall fördröjs inkopplingen av reservmatningen tills läget enligt fig 6 uppnås, i vilket den rörliga delen 4 upprättar en galvanisk kon- taktförbindelse med den mellersta kontakten 13 hos den andra elektriska kopplaren 2. Därefter fortsättes rörelsen av den rörliga ;|»no 10 15 20 25 30 35 518 664 17 delen till läget enligt fig 7, så att transferswitchen intagit ett be- redskapsläge för snabbast möjliga återgång till matning av lasten via den ordinarie växelströmsmatningen 5 när önskemål därom uppstår. Det påpekas att det i och för sig kan vara fördelaktigt, när den rörliga delen 4 når kontakten 14, att ha dioderna 17 och 18 riktade såsom visat relativt dioderna 15 och 16, men de skulle även kunna vara motsatt riktade. Öppnandet av den första kopplaren 1 och slutandet av den andra kopplaren 2 sker genom en enda mekanisk rörelse av en enda rörlig del, vilket medför de fördelar som finns angivna längre upp.

Ytterligare fördelar med denna utföringsform av transferswitchen värda att nämnas är mycket låga tillverkningskostnader, då den är enkel att producera och materialåtgången är låg och antal däri ingående komponenter är lågt. Vidare krävs en ringa mängd ma- növerenergi tack vare en lätt rörlig massa. Dioderna kan använ- das utan kylning. l fig 2 illustreras mycket schematiskt principen för transferswit- chen enligt fig 1.

I fig 9 illustreras schematiskt en transferswitch enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, hos vilken de båda kopplarna 1, 2 är anordnade förskjutna relativt varandra utmed en cirkelbåge med en vinkel av väsentligen 120°, vilket innebär att isolationsavstånden 23 mellan den rörliga delen 4 och kontak- terna 11, 14 kan ökas i det i fig 9 visade parkeringsläget hos transferswitchen. Härigenom kan transferswitchen i det brutna parkeringsläget tåla högre impulsspänningar än hos utförings- formen enligt fig 1. Dock innebär denna utföringsform att den rörliga delen har en längre sträcka att tillryggalägga vid rote- rande av den rörliga delen 4 i fig 9 medsols för överförande av lasten från den ena matningen till den andra. En annan möjlighet till ökande av nämnda isolationsavstånd är att anordna de båda kopplarna förskjutna relativt varandra i riktningen av axeln 8. liva: 10 15 20 25 30 35 518 664 18 l fig 10 och 12-14 illustreras en transferswitch för växelström en- ligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken fungerar enligt samma principer som den just beskrivna, men här är istället den rörliga kontaktdelen 4 förflyttbar utmed en rätlinjig rörelsebana. Här har de bådà kopplarna 1 och 2 en gemensam fast kontakt 24 utmed den rörliga delens 4 rätlinjiga rörelsebana, och till denna gemensamma kontakt 24 är den last 3 som trans- ferswitchen är avsedd att ombesörja matning till avsedd att an- slutas. De båda andra kontakterna 25, 26 respektive 27, 28 hos respektive kopplare är förbundna med var sitt halvledarelement 29, 30 i form av en diod, vilken är riktad med sin ledriktning mot den inre av kontakterna 26, 27. Samtliga dioder skulle dock kunna vara motsatt riktade istället. När nu växelströmsmatningen 5 är ansluten till lasten 3, men av någon anledning önskemål om inkopplande av växelströmsmatningen 6 till lasten istället upp- står, då begynner sedan förflyttning av den rörliga delen 4 i fig 10 åt höger. Här måste dock öppnandet av strömvägen igenom kontakten 25, den rörliga delen 4 och kontakten 24 eventuellt för- dröjas något, därest strömmen vid uppstående av behov av bryt- ningen inte har en sådan riktning att brytningsförloppet kan på- börjas omedelbart. lstället sparas kostnader genom att antalet krävda halvledarelement har halverats i förhållande till utfö- ringsformen enligt fig 1. Den ekvivalenta kretsen för denna utfö- ringsform är visad i fig 11, där även lasten 3 är inritad. Det visas i fig 12, 13 och 14 hur först den rörliga delen 4 förflyttas utmed en rätlinjig rörelsebana för uppnående av det temporärt slutna läget enligt fig 12, i vilket strömmen är överförd till halvledarele- mentet 29, till det helt öppna läget enligt fig 13 hos den första kopplaren 1 och sedan vidare till det andra helt slutna läget en- ligt fig 14 hos kopplaren 2, så att då reservmatningen 6 är an- sluten till lasten 3 via kontakten 28, den rörliga delen 4 och kon- takten 24. l fig 15 illustreras schematiskt en modifierad elektrisk kopplare, vilken i kombination med en likadan sådan skulle kunna bilda en transferswitch enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen. Här kommer dock endast denna kopplare att be- man: 10 15 20 25 30 35 518 664 19 skrivas, och det är uppenbart för en fackman på området hur två sådana kopplare skulle kunna kombineras för uppnående av en transferswitch under användande av en och samma rörliga del 4.

Kopplaren uppvisar en inre cylinder 31, som är roterbart anord- nad vid en axel 32 och uppvisar en rörlig kontaktdel 4. En andra cylinder 33 är anordnad utvändigt om cylindern 31 och uppvisar fyra utmed den rörliga delens 4 rörelsebana anordnade kontakter 34-37 anordnade att i anliggning mot den rörliga delen 4 bilda goda elektriska kontakter. Kopplaren är inkopplad i en strömväg 38 därigenom via de båda yttre kontakterna 34 respektive 37.

Mellan de båda yttre kontakterna och de närmast intilliggande inre kontakterna är ett halvledarelement i form av en diod 39, 40 inkopplad med ledningsriktningen från den yttre till den intillig- gande kontakten, men den skulle istället kunna vara inkopplad med motsatt ledningsriktning.

Kopplaren uppvisar dessutom en drivinrättning anordnad att driva den inre cylindern 31 till rotation för rörelse av den rörliga kon- taktdelen 4 relativt de andra kontakterna 34-37. l detta fall utgörs drivinrättningen av en schematiskt antydd integrerad elektrisk motor 41, vilken kan vara av en mängd olika typer, som exempel- vis PM-motor, reluktansmotor, stegmotor, DC-motor. Motorn lig- ger här inte i samma plan som kontakterna, men kan göra det, och kommer därmed inte att pàverka spänningshållfastheten. Det påpekas emellertid att drivningen mycket väl kan ske på annat sätt, såsom genom en motor som är anordnad att verka direkt på axeln 32. Vad gäller dimensioneringen av cylindrarna med avse- ende på diameter och höjd är denna utförd enligt samma kriterier som hos utföringsformen enligt fig 1.

Funktionen hos den elektriska kopplaren skall nu i korthet be- skrivas, och de beslut som fattas om rotationsriktning av den inre cylindern vid önskemål om brytning grundar sig på samma över- väganden vad gäller läget hos växelströmmen som hos utfö- ringsformen enligt fig 1. Vi antar nu att strömmen i strömvägen 'lszn 10 15 20 25 30 35 s 1 s 664 20 . » a ~ n- 38 vid önskemål om brytning har en riktning som indikeras ge- nom pilarna 42 i fig 15 och är inom det intervall som tillåter överförande av ström till dioden 39. Styrenheten 20 styr då via motorn 41 den rörliga kontakten 4 att rotera medsols för att öppna ett parallellt med dioden 39 liggande första kontaktdon, vilket här utgörs av kontakterna 34, 35 och den rörliga delen 4.

Då uppnås det i fig 14 visade temporärt slutna läget. När detta sker bildas en liten gnista i gapet 43 mellan den rörliga delen 4 och kontakten 34, vilket resulterar i en spänning av vanligtvis 12- 15 V, vilken kommer att driva på överföringen av strömmen ge- nom dioden 39, så att strömmen nu istället kommer att gå via di- oden 39, kontakten 35, den rörliga delen 4 och kontakten 37.

När sedan strömmen genom kopplaren byter riktning kommer inte någon ström att flyta genom denna, utan en spänning kommer att byggas upp över den då backspända dioden 39 och nu fortsätter rotationsrörelsen av den rörliga kontaktdelen 4 åt samma håll som tidigare, så att den galvaniska förbindelsen mellan kontak- ten 35 och kontakten 37 brytes, varvid denna brytning kan ske ljusbågsfritt, då inte någon ström går genom kontaktstället vid bryttillfället. Därigenom uppnås det i fig 17 visade helt öppna lä- get.

Det vore naturligtvis fullt möjligt att genom lämpligt modifierande av den yttre cylindern anordna en ytterligare kopplare av detta slag med fyra fasta kontakter anordnade utmed den rörliga de- lens 4 rörelsebana på samma sätt som hos den visade kopplaren för åstadkommande av en transferswitch. Därvid skulle exempel- vis i det fall vi antar att kontakten 34 skulle vara ansluten till lasten, denna kontakt kunna vara gemensam för de båda kopp- larna. l övrigt skulle då ytterligare tre fasta kontakter anordnas i motsolsriktningen efter varandra från kontakten 34 med halvle- darelement kopplade på samma sätt mellan dessa som för de vi- sade kontakterna och den i denna riktning sista kontakten vara ansluten till en ytterligare växelströmsmatning, såsom en re- servmatning. anna» 10 15 20 25 30 35 518 664 ïšfïš- 21 l fig 18 illustreras schematiskt hur flera halvledarelement 44-46 kan seriekopplas med varandra för att tillsammans kunna klara en given återvändande spänning efter brytning av strömvägen hos en kopplare ingående i en transferswitch enligt uppfinningen.

Således kan hos alla ovan visade utföringsformer varje diodsym- bol ersättas med ett antal på detta sätt seriekopplade dioder. Här är det även möjligt att genom väljande av ett material med ett brett bandgap mellan valensbandet och ledningsbandet, såsom SiC eller diamant, uppnå att antalet krävda halvledarelement för en given spänning bli lågt. Det visas vidare i denna figur hur det är möjligt att parallellkoppla halvledarelement genom att här an- ordna två paket av seriekopplade dioder parallellt med varandra, och detta görs för att klara en viss kortslutningsström eller helt enkelt av redundansskäl, så att kopplaren kan fungera på önskat sätt även om någon diod i det ena paketet av seriekopplade dio- der går sönder. l fig 19 illustreras vidare hur en varistor 47, företrädesvis av ZnO, kan parallellkopplas med respektive halvledarelement 48, varvid varistorn är anordnad att leda vid en spänning däröver i närheten av halvledarelementets maximala spänningstålighet.

Detta kan åstadkommas genom att varistorerna normalt inte leder någon ström alls, då inte någon spänning kommer att vara appli- cerad över dessa, utan de kommer endast att erhålla en spän- ning över sig i samband med övergången mellan det temporärt slutna och det helt öppna läget. I fig 18 illustreras hur spän- ningen U över halvledarelementen 48 i dessas backriktning ut- vecklas över tiden t när spänningen stiger över dessa i det tem- porärt slutna läget vid tidpunkten noll. Därvid visar den streckade linjen hur spänningen över dioderna utvecklas vid frånvaro av va- ristorer och den heldragna med varistorer. Det framgår sålunda att varistorerna kapar av den första spänningstoppen. Är exem- pelvis fyra 5 kV-dioder anordnade i serie hos ett system med en nätspänning av 12 kV och en normal återvändande spänning av 22 kV kan på detta sätt varistorerna börja leda en liten ström un- der den korta tid (ca 10 ps) som toppen hos återvändandespän- ningen varar, så att denna spänningstopp skulle kunna fås ned snusa 10 15 20 25 30 35 518 664 22 n ~ ø n n . u till 18 kV. Till vänster om (före) tiden 0 illustreras förändring av strömmen I. Detta betyder att det inte krävs fem seriekopplade dioder utan endast fyra, för att klara av återvändande spän- ningen. Genom att på detta sätt parallellkoppla en separat va- ristor med varje halvledarelement undviks att något enskilt halv- ledarelement får en högre spänning över sig än vad det tål, me- dan andra halvledarelement får en lägre spänning över sig. Det är även möjligt att anordna med halvledarelementen parallell- kopplade resistanser eller kapacitanser för att fördela spän- ningen väsentligen lika över halvledarelementen. l fig 21 illustreras hur medel anordnade att inverka höjande på spänningen vid separerande av två kontakter i samband med öppnande av det första kontaktdonet hos någon av kopplarna skulle kunna se ut. Här tänker vi oss att det första kontaktdonet uppvisar två fasta kontakter 56, 57, vilka är anordnade att i det slutna tillståndet vara galvaniskt förbundna genom en rörlig del 58. Den rörliga delen 58 är vid sin ena ände försedd med ett parti 59 av ett material med en förhållandevis hög resistivitet, så att resistansen mellan den rörliga delen 58 och kontakten 56 och därmed mellan de båda kontakterna 56 och 57 höjs i begynnel- sen av nämnda separation (läget enligt fig 22) under tillåtande av en ström mellan dessa kontakter därigenom, så att en spänning som kommer att driva på överföringen av strömmen igenom halvledarelementet kommer att ökas. Partiet 58 kan exempelvis vara gjort av grafit.

Vidare illustreras i fig 23 och 24 en möjlig tillämpning av en transferswitch enligt uppfinningen för motorstarter. Det illustreras i fig 23 hur en transferswitch av det uppfinningsenliga slaget (se principschemat enligt fig 2) är inkopplad mellan en motor 49 och ett växelspänningsnät 50. Därvid kan vi här betrakta växelspän- ningsmatningen via den ena kopplaren 1 direkt till motorn 49 som en huvudmatning, medan växelströmsmatningen via den andra kopplaren 2 genom en reaktor 51 som en reservmatning. Detta betraktelsesätt är ännu bättre förståeligt vid studerande av utfö- ringsformen enligt fig 24, vilken skiljer sig från den enligt fig 23 10 15 20 25 30 35 518 664 23 genom att transferswitchen 52 där anordnats i direkt anslutning till motorn.

De flesta kraftnät är inte tillräckligt styva för att tillåta en start av stora motorer direkt anslutnadärtill, då dessa drar så mycket ef- fekt att spänningen på nätet skulle sjunka alldeles för mycket.

Detta problem kan lösas genom att starta motorn enligt olika startmetoder, såsom reaktorstart, kondensatorstart eller trans- formatorstart, varvid reaktorstart är illustrerad här. När motorn skall startas bringas den i fig 23 visade vänstra kopplaren 2 i ett slutet läge, så att motorn erhåller sin matning via reaktorn 51.

Skulle man nu av någon anledning vilja avbryta starten kan kon- takterna 53-55 hos denna kopplare öppnas enligt sekvensen 55, 54, 53. När motorn sedan uppnått synkront varvtal kan reaktorn 51 förbikopplas genom att kopplaren 2 bringas i öppet läge me- dan kopplaren 1 bringas i slutet läge.

Skulle en kortslutning uppstå i någon utrustning ansluten till växelströmsnätet 50, då kommer motorn 49 att börja gå som ge- nerator och bidra med effekt till felstållet innan felet blir bort- kopplat. Här finns en möjlighet att begränsa effekten av detta genom att i ett sådant fall kopplaren 2 slutes och kopplaren 1 öppnas, så att kortslutningsbidraget från motorn till felstållet be- gränsas och samtidigt inbromsningen av motorn reduceras.

Skulle en kortslutning uppstå i motorn eller ett planerat stopp gö- ras, då öppnas kopplaren 1.

I fig 25 illustreras en möjlig tillämpning av en transferswitch en- ligt uppfinningen för inkoppling av kondensatorer 60 till ett trefa- sigt växelspänningsnät 61 för reaktiv effektkompensering. Därvid kan en transferswitch enligt uppfinningen ersätta två brytare 62, 63, såsom illustreras i fig 25. Vid tillkopplande av kondensatorn 60 till fasen ifråga hos växelspänningsnätet kan först brytaren 62 slutas. Därefter tändes brytaren 62 till fasen ifråga anslutande tyristorer 64 så att kondensatorn 60 kopplas in vid önskad tid- punkt. Sedan slutes även brytaren 63. Därefter öppnas brytaren 62, så att tyristorerna ej måste leda längre, medan brytaren 63 är :anus 10 15 20 25 30 35 518 664 24 « | ~ n n. sluten och inkopplingen av kondensatorn är fullbordad. Denna fördelaktiga sekvens, för inkoppling av reaktiv effektkompense- ring kan bekvämt realiseras genom lämpligt utformande av en transferswitch enligt uppfinningen.

En annan fördel med en transferswitch enligt uppfinningen upp- nås tack vare att i fallet av en trefasspänning, vilket är det vanli- gaste, de tre transferswitcharna för varje fas är anordnade styr- bara helt oberoende av varandra, vilket inte är fallet hos tidigare kända sådana switchar, vilka är mekaniskt hopkopplade med varandra, så att de alla måste öppnas eller slutas samtidigt. Vid uppstående av ett fel nära en till ett växelströmsnät ansluten ge- nerator är det möjligt att en asymmetri hos spänningen kan före- komma hos någon av faserna och att det dröjer flera perioder in- nan den blir noll, varför man hos tidigare kända transferswitchar måste vänta med brytningen tills man är säker på att en nollge- nomgång har nåtts hos samtliga faser, vilket kan innebära en fördröjning i storleksordningen 100 ms. Genom den uppfinnings- enliga anordningen av oberoende av varandra styrda trans- ferswitchar kan brytningen hos de faser där symmetri föreligger ske betydligt tidigare än för en fas med nämnda asymmetri, så att de skadliga konsekvenserna av felet framkallade strömmar kan reduceras avsevärt.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman pà området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke sådan denna definieras i patentkraven.

Exempelvis vore det fullt möjligt att hos utföringsformen enligt fig 1 ta bort en yttre kontakt hos varje kopplare och det därtill an- slutna halvledarelementet, men då skulle öppning av kopplarna endast kunna ske genom rörelse i enda riktning och brytningsti- den bli längre. Likaså skulle hos utföringsformen i fig 13 en av de inre kontakterna och det därmed förbundna halvledarelementet kunna tas bort hos varje kopplare med samma resultat som följd. :anno 10 15 20 25 518 664 f. 25 De utföringsformer som ovan uppvisar en rotationsrörelse skulle kunna modifieras till en rätlinjig rörelse av den rörliga delen istället, medan hos utföringsformen enligt fig 8 en förändring i den andra riktningen skulle kunna ske.

Det vore även möjligt att byta ut de ovan visade dioderna mot andra element som har förmåga att spärra i åtminstone en rikt- ning i enlighet med vad som tidigare sagts.

Det påpekas även att det i och för sig är tänkbart att utforma de båda kopplarna hos transferswitchen på olika sätt, såsom den ena med tre fasta kontakter och två halvledarelement enligt fig 1 och den andra med två fasta kontakter och ett halvledarelement enligt nedre delen av fig 1 utan exempelvis kontakten 12 och halvledarelementet 18, därest exempelvis kravet på snabbhet är olika högt ställt beroende på åt vilket håll switchen manövreras.

Oftast torde dock de båda kopplarna utformas lika. Eventuellt skulle de elektriska storheterna, såsom spänning och ström, ha något andra nivåer hos exempelvis en reservmatning och därför kopplarna kunna vara något annorlunda utformade.

Vidare har det ovan visats hur den ”andra mätningen” har kopplats in, dvs den andra kopplaren slutits, först efter det att den första matningen helt kopplats bort, men det vore fullt möjligt att utforma transferswitchen så att den andra matningen kopplas in redan innan den första matningen är helt frånkopplad, dvs den rörliga delen överbryggar då gapet mellan kopplarna. Patent- kraven är att tolka som inbegripande även detta fall.

Claims (51)

:unna 10 15 20 25 30 35 518 664 26 . | o - n; Patentkrav

1. Transferswitch för växelström innefattande två elektriska kopplare (1, 2) anordnade att upprätta respektive bryta en ström- väg mellan en last (3) och var sin växelströmsmatning (5, 6) för överföring av matningen av lasten med elektrisk effekt från den ena växelströmsmatningen till den andra, varvid varje kopplare innefattar två i en strömväg därigenom parallellkopplade grenar, varvid den första av grenarna innefattar ett första kontaktdon (4, 10) med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter (4, 10) och den andra innefattar ett element (15) med förmåga att spärra ström genom detta i åtminstone en första spärriktning och leda ström genom sig i åtminstone en riktning, varvid ett andra kontaktdon (4, 11) med två relativt varandra för öppnande och slutande rörliga kontakter (4, 11) är seriekopplat med elementet, samt varvid transferswitchen innefattar en enhet (20) anordnad att styra öppning av nämnda strömväg genom den kopplare som är sluten genom att styra det första kontaktdonet hos denna kopplare att öppna för överförande av strömmen till elementet när detta är i eller på väg in i ledande tillstånd och se- dan det andra kontaktdonet att öppna när elementet är i ett till- stånd av spärrande av ström genom sig för brytande av ström- men genom kopplaren och den andra elektriska kopplaren att slutas, kännetecknad därav, att den innefattar åtminstone en rörlig del (4) och att enheten (20) är anordnad att styra denna del att utföra en enda mekanisk rörelse för att öppna de båda kontaktdonen hos den första kopplaren och sluta de båda kontaktdonen hos den andra kopplaren.

2. Transferswitch enligt krav 1, kännetecknad därav, att vardera kopplare innefattar åtminstone två utmed den rörliga delens bana för nämnda mekaniska rörelse efter varandra anordnade kontak- ter (10, 11), att den rörliga delen (4) är anordnad att i respektive kopplares slutna tillstånd bilda en galvanisk förbindelse mellan nämnda två kontakter, att respektive kopplare är anordnad att via en (10, 13) av kontakterna och den rörliga delen vara inkopplad i en genom kopplaren ledande strömväg, att hos respektive kopp- coon» 10 15 20 25 30 35 518 664 27 o ~ n - nu lare elementet (15) förbinder de båda kontakterna med varandra, och att styrenheten är anordnad att styra öppning av strömvägen genom respektive kopplare genom att styra den rörliga delen (4) att röra sig utmed en sådan bana och i sådan riktning att först den galvaniska förbindelsen mellan den ena (10) av nämnda två kontakter och den rörliga delen bryts för öppnande av det första kontaktdonet och sedan den galvaniska förbindelsen mellan den andra (11) av nämnda båda kontakter och den rörliga delen bryts för öppnande av det andra kontaktdonet.

3. Transferswitch enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att åtminstone en av nämnda kopplare innefattar åtminstone tre ut- med den rörliga delens bana för nämnda mekaniska rörelse efter varandra anordnade kontakter (24-26), och att elementet (29) hos denna kopplare förbinder en första och andra intilliggande av dessa tre kontakter med varandra.

4. Transferswitch enligt krav 3 oavhängigt av krav 2, känneteck- ggg därav, att den rörliga delen är anordnad att i det slutna till- ståndet hos nämnda åtminstone ena kopplare bilda en galvanisk förbindelse mellan nämnda tre kontakter (24-26), och att styren- heten (20) är anordnad att för brytande av strömmen genom denna kopplare styra den rörliga delen att röra sig utmed en så- dan bana och i sådan riktning att först den galvaniska förbindel- sen mellan den första kontakten (25) mest avlägsen från den tredje av kontakterna och de båda övriga kontakterna bryts för öppnande av det första kontaktdonet och sedan den galvaniska förbindelsen mellan den andra (26) och tredje (24) kontakten bryts för öppnande av det andra kontaktdonet.

5. Transferswitch enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att elementet är ett halvledarelement (15), och att enheten (20) är anordnad att styra det första kontaktdonet att öppna när halvledarelementet är i eller på våg in i ledande tillstànd.

6. Transferswitch enligt krav 3 och 5 eller 4 och 5, kännetecknad därav, att nämnda åtminstone ena kopplare innefattar åtminstone rann» 10 15 20 25 30 35 518 664 28 två nämnda halvledarelement (15-18, 39, 40) anslutna mellan var sin utmed den rörliga delens (4) rörelsebana yttre kontakt och en närmast den senare belägen kontakt, att den rörliga delen är an- ordnad att i denna kopplares slutna tillstånd bilda en galvanisk förbindelse mellan samtliga' kontakter mellan och inklusive nämnda yttre kontakter, att denna kopplare innefattar organ (19) för avkännande av riktningen hos strömmen genom kopplaren i det slutna tillståndet, och att styrenheten (20) är anordnad att på grundval av information från nämnda avkännarorgan vid brytande av strömmen genom kopplaren styra den rörliga delen att röra sig i endera riktningen utmed sin rörelsebana för att genom brytande av den galvaniska förbindelsen mellan en första yttre kontakt och en första denna intilliggande kontakt öppna det första kontaktdo- net och därefter genom fortsatt rörelse öppna det andra kontakt- donet

7. Transferswitch enligt krav 6 oavhängigt av krav 2, känneteck- n_aq därav, att den åtminstone ena kopplaren är anordnad att via nämnda båda yttre kontakter (34, 37) vara inkopplad i en genom kopplaren ledande strömväg, att kontakterna utmed den rörliga delens (4) bana för den mekaniska rörelsen hos denna kopplare är fyra till antalet, att hos varje kopplare halvledarelementen (39, 40) är anordnade att spärra mot ström därigenom antingen båda till eller båda från respektive yttre kontakt (34, 37), och att styr- enheten år anordnad att styra den rörliga delen så att efter öpp- nandet av det första kontaktdonet den galvaniska förbindelsen mellan nämnda första intilliggande kontakt (35) och den intill den andra yttre kontakten liggande kontakten (36) brytes för öpp- nande av det andra kontaktdonet.

8. Transferswitch enligt krav 6 oavhängigt av krav 4, känneteck- _n_a_cl därav, att hos nämnda åtminstone ena kopplare de utmed den rörliga delens (4) rörelsebana anordnade kontakterna är tre till antalet (9-11), att denna kopplare är anordnad att via den mellersta kontakten (10) och den rörliga delen vara inkopplade i en genom kopplaren ledande strömväg, att det ena halvledarele- metet (16) är anordnat att spärra mot ström därigenom till den :anna 10 15 20 25 30 35 518 664 29 ø n o - a. mellersta kontakten och det andra (15) att spärra mot ström däri- genom från den mellersta kontakten, och att styrenheten är an- ordnad att styra den rörliga delen så att efter öppnandet av det första kontaktdonet hos denna kopplare den galvaniska förbin- delsen mellan den första yttre kontakten (11) och den rörliga de- len (4) brytes för öppnande av det andra kontaktdonet.

9. Transferswitch enligt krav 2 eller 8, kännetecknad därav, att den rörliga delen (4) är ansluten till lasten (3).

10. Transferswitch enligt något av kraven 3-7, kännetecknad därav, att de båda kopplarna har en utmed den rörliga delens rö- relsebana gemensam kontakt (24), så att kontakterna utmed denna rörelsebana på ena sidan om den gemensamma kontakten tillhör en första av kopplarna och de på den andra sidan den andra av kopplarna, och att den gemensamma kontakten är an- ordnad att anslutas till lasten (3).

11. Transferswitch enligt något av kraven 1 till 10, kännetecknad därav, att styrenheten är anordnad att styra den rörliga delen (4) utmed en väsentligen rätlinjig rörelsebana utmed vilken kontakt- donen hos de båda kopplarna är anordnade.

12. Transferswitch enligt något av kraven 1-10, kännetecknad därav, att styrenheten är anordnad att styra den rörliga delen (4) utmed en väsentligen cirkelbågformad rörelsebana utmed vilken kontaktdonen hos de båda kopplarna är anordnade.

13. Transferswitch enligt krav 12, kännetecknad därav, att de båda kopplarna (1, 2) är anordnade väsentligen 180° förskjutna relativt varandra utmed nämnda cirkelbåge.

14. Transferswitch enligt krav 12, kännetecknad därav, att de båda kopplarna (12) är anordnade förskjutna relativt varandra utmed nämnda cirkelbàge med en vinkel mellan 100° och 140°, företrädesvis väsentligen 120°, och att ett viloläge för den rörliga delen (4) med båda mätningarna separerade relativt lasten är :anno 10 15 20 25 30 35 518 664 30 anordnat utmed det parti av cirkelbågen där vinkelavståndet mellan de bàda kopplarna är störst.

15. Transferswitch enligt något av kraven 12-14, kännetecknad därav, att den rörliga delen är stelt förbunden med en axel (8, 32), och att styrenheten är anordnad att styra en drivinrättning att driva axeln för förflyttande av den rörliga delen utmed nämnda bana.

16. Transferswitch enligt något av kraven 11-15, kännetecknad därav, att den innefattar ett första stycke (31) roterbart mottaget i ett andra stycke (33), och att den rörliga delen (4) är anordnad på ett av styckena och kontakterna hos de båda kopplarna utmed nämnda rörelsebana är anordnade på ett annat av styckena.

17. Transferswitch enligt krav 16, kännetecknad därav, att de båda styckena (31, 33) genom kontakterna bildar helt eller delvis var sin cylinder med höjden och diametern hos denna avpassade efter driftströmmen genom respektive kopplare i slutet tillstånd respektive spänningen den har att hålla i det öppna tillståndet.

18. Transferswitch enligt krav 16 eller 17, kännetecknad därav, att den rörliga delen (4) är anordnad på det första stycket (31), och att en motor (41) är integrerad i styckena för att driva dessa att rotera relativt varandra.

19. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- ggg därav, att den innefattar organ (19) anordnade att väsentli- gen kontinuerligt känna av riktningen och storleken hos ström- men genom den kopplare som för tillfället är sluten och sända ut informationer om detta till styrenheten (20).

20. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- gag därav, att åtminstone en av nämnda kopplare innefattar flera seriekopplade nämnda element (44-46) anordnade att tillsam- mans hålla en spänning över denna kopplare i spärrande till- stånd. Inna: 10 15 20 25 30 35 518 664 31

21. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- n_ai_c_l_ därav, att åtminstone en av kopplarna innefattar flera paral- lellkopplade nämnda element (44-46) anordnade att tillsammans ta hand om strömmen genom den kopplaren vid öppnandet av det första kontaktdonet.

22. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- g_a_d därav, att en spänningsbegränsande anordning (47) är pa- rallellkopplad med elementet (48), och att nämnda anordning är anordnad att börja leda vid en spänning däröver i närheten av elementets maximala spänningstàlighet.

23. Transferswitch enligt krav 20 och 22, kännetecknad därav, att varje element har en egen nämnd spänningsbegränsande an- ordning (47) parallellkopplad med sig för väsentligen jämn för- delning av spänningen över seriekopplingen av element på de enskilda elementen.

24. Transferswitch enligt krav 22 eller 23, kännetecknad därav, att den spänningsbegränsande anordningen är en varistor.

25.Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- n_ag därav, att åtminstone en av kopplarna innefattar medel anordnade att inverka höjande på spänningen vid separerande av två kontakter i samband med öppnande av det första kontakt- donet

26. Transferswitch enligt krav 25, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar flera seriekopplade första kontaktdon anordnade att väsentligen samtidigt öppnas för överförande av strömmen till elementet.

27. Transferswitch enligt krav 25 eller 26, kännetecknad därav, att nämnda medel innefattar ett element (59) anordnat att höja resistansen mellan nämnda två kontakter (56, 58) vid begynnel- flusnn 10 15 20 25 30 35 518 664 32 ø w | n . nu sen av nämnda separerande av dem under tillåtande av en ström mellan dessa kontakter därigenom.

28. Transferswitch enligt krav 25 eller 26, kännetecknad därav, att nämnda medel är bildadeav ett i det första kontaktdonet in- gående kontakter har åtminstone en del av ablaterande material anordnat att hettas upp och förångas till gaser för gasblåsning på en ljusbåge vid separerande av två kontakter vid öppnande av det första kontaktdonet.

29. Transferswitch enligt krav 5 eller krav 5 och något av övriga föregående krav, kännetecknad därav, att åtminstone den ena kopplarens halvledarelement är en diod.

30. Transferswitch enligt krav 5 eller krav 5 och något av kraven 1-29, kännetecknad därav, att åtminstone den ena kopplarens halvledarelement är styrbart.

31. Transferswitch enligt krav 5 eller krav 5 och något av kraven 1-29, kännetecknad därav, att åtminstone den ena kopplarens halvledarelement är släckbart.

32. Transferswitch enligt krav 30, kännetecknad därav, att åt- minstone den ena kopplarens halvledarelement är en tyristor.

33. Transferswitch enligt krav 31, kännetecknad därav, att åt- minstone den ena kopplarens halvledarelement är bidirektionellt, det vill säga kan spärra och leda i båda riktningarna.

34. Transferswitch enligt krav 5 eller krav 5 och något av övriga föregående krav, kännetecknad därav, att åtminstone den ena kopplarens halvledarelement är av ett material med ett energigap mellan valensband och ledningsband överstigande 2,5 eV, såsom SiC och diamant. 10 15 20 25 30 35 518 664 33

35. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- í därav, att den systemspänning dess båda kopplare är utfor- made att verka vid ligger mellan 1-52 kV.

36. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- nad därav, att dess båda kopplare är anordnade att i sitt slutna tillstånd åtminstone klara av en driftström av 1 kA, företrädesvis minst 2 kA.

37. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- n_a_çl_ därav, att den ena, första av kopplarna är anordnad att vara ansluten till en ordinarie växelströmsmatning och i transferswit- chens normala tillstånd vara sluten, och att den andra kopplaren är anordnad att vara ansluten till en reservmatning och i det normala tillståndet vara öppen.

38. Transferswitch enligt något av föregående krav, känneteck- gg därav, att den uppvisar ett viloläge för den rörliga delen (4) med de båda kopplarna (1, 2) öppnade och lasten separerad från båda mätningarna.

39. Transferswitch enligt något av kraven 1-36, kännetecknad därav, att den innefattar medel (56) anordnade att kontinuerligt eller intermittent bestämma vilken av de båda matningarna som för tillfället är den mest lämpliga för lasten, och att styrenheten (20) är anordnad att på grundval av informationer från nämnda medel styra nämnda rörliga del (4) för överföring av mätningen av lasten från den ena växelströmsmatningen till den andra om den vid detta tillfälle till lasten inkopplade växelströmsmatningen inte överensstämmer med nämnda Iämpligaste matning.

40. Användning av en transferswitch enligt något av föregående krav för anslutning av elektrisk utrustning till ett växelspännings- nät via två olika strömvägar, först den första för igångsättande av den elektriska utrustningen via slutande av den första (2) av kopplarna och sedan den andra för drift av denna utrustning via öppnande av den första kopplaren och slutande av den andra (1). rann» 10 15 20 25 30 35 518 664 34

41. Användning enligt krav 40, kännetecknad därav, att den första strömvägen har en strömbegränsande funktion.

42. Användning enligt krav 41 eller 42, kännetecknad därav, att transferswitchen anordnas för start av en till ett växelspännings- nät (50) ansluten elektrisk motor (49).

43. Användning enligt krav 42, kännetecknad därav, att trans- ferswitchen används för att starta motorn (49) genom att först via den första kopplaren ansluta motorn till växelspänningsnätet via en reaktor (51) och sedan via den andra kopplaren ansluta mo- torn direkt till växelspänningsnätet.

44. Användning av en transferswitch enligt något av kraven 1-39 för anslutning av en reservväxelströmsmatning till nämnda last vid strömavbrott eller fel på den ordinarie växelströmsmatningen.

45. Användning av en transferswitch enligt något av kraven 1-39 i ställverk för elförsörjning inom industri eller vid distributionsnät eller transmissionsnät.

46. Användning av en transferswitch enligt något av kraven 1-39 för in- och urkoppling av en anordning för reaktiv effektkompen- sering relativt en växelspänningsledning.

47. Användning enligt krav 46, kännetecknad därav, att ett kon- taktdon hos var och en av de båda parallellkopplade grenarna är avsett att anslutas till växelspänningsledningen och de båda andra kontaktdonen hos dessa grenar är avsedda att anslutas till i anordningen ingående komponenter (60) för reaktiv effektkom- pensenng.

48. Användning enligt krav 46 eller 47, kännetecknad därav, att kopplaren används för in- och urkoppling av kondensatorer (60) till växelspänningsledningen. Ilußu 10 15 20 518 664 35

49. Anläggning för ett flerfasnät med ett flertal transferswitchar enligt något av kraven 1-39, en för varje fas, kännetecknad därav, att transferswitcharna är styrbara oberoende av varandra.

50. Ställverk för elförsörjning inom industri eller vid distribu- tionsnät eller transmisslonsnät, kännetecknat därav, att det in- nefattar en transferswitch enligt något av kraven 1-39.

51. Förfarande för överföring av en matning av en last med växelström från en växelströmsmatning till en annan genom öpp- nande av en strömväg mellan en första växelströmsmatning och lasten igenom en första elektrisk kopplare och därefter slutande av en strömväg mellan en andra växelströmsmatning och lasten igenom en andra elektrisk kopplare, varvid en ordinarie strömväg igenom den första kopplaren öppnas och strömmen förs över till en temporär strömväg genom ett element med förmåga att spärra ström genom sig i åtminstone en första spärriktning och sedan den temporära strömvägen bryts och därigenom strömmen ge- nom den första kopplaren bryts, och den andra elektriska kopplaren slutes, kännetecknad därav, att en och samma rörlig del (4) öppnar den ordinarie och den temporära strömvägen samt sluter strömvägen igenom den andra kopplaren genom att utföra en enda mekanisk rörelse.