WO2012062408A1 - Stufenschalter - Google Patents

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WO2012062408A1
WO2012062408A1 PCT/EP2011/005337 EP2011005337W WO2012062408A1 WO 2012062408 A1 WO2012062408 A1 WO 2012062408A1 EP 2011005337 W EP2011005337 W EP 2011005337W WO 2012062408 A1 WO2012062408 A1 WO 2012062408A1
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Christian Hammer
Silke Wrede
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current

Definitions

  • the invention relates to a tap changer for uninterrupted switching between
  • a tap changer which has a total of four vacuum interrupters per phase.
  • each of the two load branches are each a vacuum interrupter as
  • Overload resistor designed as a resistance contact.
  • the main contact of the disconnecting side is first opened, then closes the resistor contact the receiving side, so that between the two stages n and n + 1 through the switching resistors limited compensating current flows.
  • the vacuum interrupter of the switched load branch carries the continuous current in steady state operation.
  • the object of the invention is therefore to provide a tap changer of the type mentioned above, which allows the management of high continuous currents without additional mechanical permanent contacts.
  • the general inventive idea is to divide the continuous current to all acting as a main contact switching elements of both load branches and in addition to the at least one switching element in the current-carrying load branch that - anyway existing, but functionally in the prior art - at least one switching element in not the load current leading Load branch in the continuous current to include.
  • the object of the invention is achieved without more switching elements or larger sized switching elements would be required.
  • FIG. 1 shows a tap changer according to the invention, here with vacuum interrupters as
  • Figure 8 shows different steps during a load switching to the new
  • a first load branch is provided in which a vacuum interrupter MSV1 acting as the main contact and, in parallel, a reversing resistor R1 and a vacuum interrupter TTV1 acting as a resistance contact are located.
  • Lastzweig owns quite analogous a vacuum interrupter MSV2 and parallel to another over-resistance R2 and a vacuum interrupter TTV2. Up to this point, the circuit corresponds to the prior art.
  • a first mechanical change-over contact MTF1 is provided in the first load branch, through which the side of the vacuum interrupter not connected to the load discharge line L MSV1 optionally with the previous tapping n the step winding or the new
  • Winding tap n + 1 is connectable.
  • a second mechanical changeover contact MTF2 is furthermore provided in the second load branch, by means of which the side of the vacuum interrupter MSV2 not connected to the load lead L can also be selectively connected to the previous tap n of the tap winding or to the new winding tap n + 1.
  • Vacuum switch tube MSV1 alone would carry the continuous current.
  • Vacuum switching tubes MSV1 and MSV2 split; each of these two vacuum interrupters must therefore only carry half the load current IL as a continuous current.
  • tap changer according to the invention can be shown from the winding tap n on the winding tapping n + 1.
  • U s t denotes the step voltage between the two
  • FIG. 1a The tapping n is still connected in a stationary manner, as already explained with reference to FIG. 1a. Open the vacuum interrupters TTV2 and MSV2; switching starts with this step.
  • FIG. 2 The vacuum interrupters TTV2 and SV2 are open, now the mechanical contact MTF2 switches.
  • the load current IL now flows exclusively via the left load branch.
  • FIG. 3 The vacuum interrupter MSV1 has opened, the load current commutes to the
  • Resistance branch consisting of the series connection of the vacuum tube TTV1 and the resistor R1.
  • FIG. 4 The vacuum interrupter TTV2 in the right-hand resistance branch is now closed; a circulating current Ic flows.
  • FIG. 5 The vacuum interrupter TTV1 is now open, the right resistance branch, consisting of the series connection of the vacuum interrupter TTV2 and the resistor R2, takes over
  • FIG. 6 The vacuum interrupter MSV2 closes and takes over the power supply, at the same time the mechanical changeover contact MTF1 is actuated.
  • FIG. 7 Close the vacuum interrupters and MSV1 and TTV1 of the left load branch.
  • FIG. 8 The new stationary end state has been reached; the switching is completed. N, the load current IL from the winding tap + 1 is distributed over the two vacuum switching tubes MSV1 and MSV2, each carrying half the load current 1 IL, towards the load shunt L.
  • the mechanical contacts (MTF1, MTF2) are of identical construction and / or a single assembly summarized.
  • the invention is not limited to the use of vacuum interrupters as switching elements. Within the scope of the invention are also tap changers with mechanical contacts or

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, derart, dass der eine Lastzweig mit der ersten Wicklungsanzapfung und der andere Lastzweig mit der zweiten Wicklungsanzapfung elektrisch verbunden ist. Dabei weist jeder Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes Schaltelement auf und ist mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden. Erfindungsgemäß ist im ersten Lastzweig ein erster mechanischer Umschaltkontakt vorgesehen, durch den die der Lastableitung abgewandte Seite des ersten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung oder der zweiten Wicklungsanzapfung verbindbar ist, und im zweiten Lastzweig ist ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt vorgesehen, durch den die der Lastableitung abgewandte Seite des zweiten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes ebenfalls wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung oder der zweiten Wicklungsanzapfung verbindbar ist. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise der im stationären Betrieb fließende Dauerstrom auf die Schaltelemente in beiden Lastzweigen aufgeteilt.

Description

Stufenschalter
Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen
Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators gemäß dem Oberbegriff des ersten
Patentanspruches.
Aus der DE 20 21 575 ist ein Stufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige sind jeweils eine Vakuumschaltröhre als
Hauptkontakt und jeweils eine weitere Vakuumschaltröhre, in Reihenschaltung mit einem
Überschaltwiderstand, als Widerstandskontakt vorgesehen.
Bei einer unterbrechungslosen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung n auf eine neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 wird zunächst der Hauptkontakt der abschaltenden Seite geöffnet, darauf schließt der Widerstandskontakt der übernehmenden Seite, so dass zwischen den beiden Stufen n und n+1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt.
Nachdem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltenden Seite geöffnet hat, schließt dann der Hauptkontakt der übernehmenden Seite, so dass der gesamte Laststrom von der neuen Wicklungsanzapfung n+1 zur Lastableitung führt; die Umschaltung ist beendet. Bei diesem bekannten Stufenschalter führt die Vakuumschaltröhre des eingeschalteten Lastzweiges den Dauerstrom im stationären Betrieb.
Derartige Stufenschalter mit zwei Lastzweigen mit jeweils zwei Vakuumschaltröhren haben sich in der Praxis bewährt. Dennoch gibt es Anwendungsfälle, bei denen ein derart hoher Dauerstrom auftreten kann, dass die Führung durch eine Vakuumschaltröhre im stationären Betrieb problematisch ist.
Es sind auch ähnliche Schaltungen mit ebenfalls vier Vakuumschaltröhren pro Phase bekannt, bei denen jedoch in jedem Lastkreis zwei Vakuumschaltröhren in Reihe geschaltet sind und zu einer dieser Vakuumschaltröhren ein Überschaltwiderstand parallel geschaltet ist. Hierbei führen die beiden in Reihe geschalteten Vakuumschaltröhren den Dauerstrom, was ebenfalls bei sehr hohen
Dauerströmen Probleme bereiten kann.
Prinzipiell ist es in solchen Fällen für die verschiedensten Schaltungen bereits bekannt, parallel zu beiden Lastzweigen mechanische Dauerkontakte vorzusehen, die nach der Lastumschaltung die Führung des Dauerstroms im stationären Betrieb übernehmen und die Vakuumschaltröhren damit entlasten. Der Dauerkontakt der bisher stromführenden Seite öffnet dabei vor Beginn der eigentlichen Lastumschaltung; der Dauerkontakt der den Strom übernehmenden Seite schließt nach Abschluss der eigentlichen Lastumschaltung. Solche mechanischen Dauerkontakte erhöhen allerdings den Platzbedarf des Stufenschalters, die Komplexität der Konstruktion und verlängern zudem die Schaltsequenz, d. h. die Zahl der nacheinander zu betätigenden Kontakte bei einer Lastumschaltung.
Dieses Problem ist nicht auf Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren als Schaltelementen begrenzt. Gleichermaßen ergibt sich dieser Nachteil auch bei Stufenschaltern mit mechanischen Kontakten als Schaltelementen oder mit Halbleiter-Schaltern. Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der die Führung hoher Dauerströme auch ohne zusätzliche mechanische Dauerkontakte gestattet.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, den Dauerstrom auf alle als Hauptkontakt wirkende Schaltelemente beider Lastzweige aufzuteilen und neben dem mindestens einem Schaltelement im den Strom führenden Lastzweig auch das - ohnehin vorhandene, aber beim Stand der Technik funktionslose - mindestens eine Schaltelement im nicht den Laststrom führenden Lastzweig in die Dauerstromführung mit einzubeziehen. Damit wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, ohne dass mehr Schaltelemente oder größer dimensionierte Schaltelemente erforderlich wären.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter, hier mit Vakuumschaltröhren als
Schaltelementen, im stationären Zustand mit Beschaltung einer
Wicklungsanzapfung n der Stufenwicklung des Stufentransformators Figur 1a... Figur 8 verschiedene Schritte während einer Lastumschaltung auf die neue
Wicklungsanzapfung n+1.
Beim erfindungsgemäßen Stufenschalter ist ein erster Lastzweig vorgesehen, in dem sich eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV1 sowie parallel dazu ein Überschaltwiderstand R1 sowie eine als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTV1 befinden. Der zweite
Lastzweig besitzt ganz analog eine Vakuumschaltröhre MSV2 sowie parallel dazu einen weiteren Überschaltwiderstand R2 und eine Vakuumschaltröhre TTV2. Bis hierhin entspricht die Schaltung dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist im ersten Lastzweig ein erster mechanischer Umschaltkontakt MTF1 vorgesehen, durch den die nicht mit der Lastableitung L verbundene Seite der Vakuumschaltröhre MSV1 wahlweise mit der bisherigen Anzapfung n der Stufenwicklung oder auch der neuen
Wicklungsanzapfung n+1 verbindbar ist.
ErfindungsgemSß ist weiterhin im zweiten Lastzweig ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt MTF2 vorgesehen, durch den die nicht mit der Lastableitung L verbundene Seite der Vakuumschaltröhre MSV2 ebenfalls wahlweise mit der bisherigen Anzapfung n der Stufenwicklung oder auch der neuen Wicklungsanzapfung n+1 verbindbar ist.
Im in Figur 1 dargestellten Fall würde nach dem Stand der Technik der Laststrom von der
Wicklungsanzapfung n über die Vakuumschaltröhre MSV1 zur Lastableitung führen. Die
Vakuumschaltröhre MSV1 würde allein den Dauerstrom führen. Durch die Schaltung der
erfindungsgemäß in die beiden Lastzweige eingefügten mechanischen Umschaltkontakte MTF1 und MTF2 hingegen wird der Laststrom IL , d.h. der Dauerstrom im stationären Betrieb, auf die
Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2 aufgeteilt; jede dieser beiden Vakuumschaltröhren muss also nur noch den halben Laststrom IL als Dauerstrom führen. Die Vorteile liegen auf der Hand:
Schonender Betrieb für die Vakuumschaltröhren, weniger Platzbedarf, Entfall mechanischer
Dauerkontakte.
Nachfolgend soll an Hand der weiteren Figuren eine vollständige Umschaltsequenz des
erfindungsgemäßen Stufenschalters von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 gezeigt werden. Ust bezeichnet dabei die Stufenspannung zwischen den beiden
Wicklungsanzapfungen. Die den Laststrom jeweils führenden Pfade sind dick dargestellt.
Figur 1a: Die Anzapfung n ist noch stationär geschaltet, wie bereits an Hand von Figur 1a erläutert. Die Vakuumschaltröhren TTV2 und MSV2 öffnen; die Umschaltung beginnt mit diesem Schritt.
Figur 2: Die Vakuumschaltröhren TTV2 und SV2 sind geöffnet, jetzt schaltet der mechanische Kontakt MTF2. Der Laststrom IL fließt jetzt ausschließlich über den linken Lastzweig.
Figur 3: Die Vakuumschaltröhre MSV1 hat geöffnet, der Laststrom kommutiert auf den
Widerstandszweig, bestehend aus der Reihenschaltung der Vakuumröhre TTV1 und dem Widerstand R1.
Figur 4: Die Vakuumschaltröhre TTV2 im rechten Widerstandszweig ist jetzt geschlossen; es fließt ein Kreisstrom Ic.
Figur 5: Die Vakuumschaltröhre TTV1 ist jetzt geöffnet, der rechte Widerstandszweig, bestehend aus der Reihenschaltung der Vakuumschaltröhre TTV2 und dem Widerstand R2, übernimmt den
Laststrom vollständig.
Figur 6: Die Vakuumschaltröhre MSV2 schließt und übernimmt die Stromführung, gleichzeitig wird der mechanische Umschaltkontakt MTF1 betätigt.
Figur 7: Die Vakuumschaltröhren und MSV1 und TTV1 des linken Lastzweiges schließen. Figur 8: Der neue stationäre Endzustand ist erreicht; die Umschaltung ist beendet. Der Laststrom IL von der Wicklungsanzapfung n+1 verteilt sich über die beiden Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2, die jeweils den halben Laststrom 1 IL führen, hin zur Lastableitung L. Besonders vorteilhaft sind die mechanischen Kontakte (MTF1 , MTF2) identisch aufgebaut und/oder zu einer einzigen Baugruppe zusammengefasst.
Die Erfindung ist nicht auf die Benutzung von Vakuumschaltröhren als Schaltelemente beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind auch Stufenschalter mit mechanischen Kontakten oder
Halbleiterschaltern als Schaltelementen möglich; die Vorteile der Erfindung gelten für derartige Stufenschalter ebenso.

Claims

Patentansprüche
1. Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen (n, n+1 ) eines Stufentransformators,
wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind, derart, dass der eine Lastzweig mit der ersten
Wicklungsanzapfung (n) und der andere Lastzweig mit der zweiten Wicklungsanzapfung (n+1) elektrisch verbunden ist,
wobei der erste Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes erstes Schaltelement (MSV1) aufweist,
wobei der zweite Lastzweig mindestens ein als Hauptkontakt wirkendes zweites Schaltelement (MSV2) aufweist
und wobei erster und zweiter Lastzweig mit einer gemeinsamen Lastableitung (L) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
dass im ersten Lastzweig zusätzlich ein erster mechanischer Umschaltkontakt (MTF1) vorgesehen ist, durch den die nicht mit der Lastableitung (L) verbundene Seite des mindestens einen ersten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes (MSV1 ) wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung (n) oder der zweiten Wicklungsanzapfung (n+1) verbindbar ist,
und dass im zweiten Lastzweig zusätzlich ein zweiter mechanischer Umschaltkontakt (MTF2) vorgesehen ist, durch den die nicht mit der Lastableitung (L) verbundene Seite des mindestens einen zweiten als Hauptkontakt wirkenden Schaltelementes (MSV2) ebenfalls wahlweise mit der ersten Wicklungsanzapfung (n) oder der zweiten Wicklungsanzapfung (n+1) verbindbar ist.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanischen Kontakte (MTF1 , MTF2) identisch aufgebaut sind.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanischen Kontakte (MTF1 , MTF2) zu einer Baugruppe vereinigt sind.
4. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Schaltelemente (MSV1 , MSV2) Vakuumschaltröhren verwendet sind.
5. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Schaltelemente (MSV1 , MSV2) mechanische Kontakte verwendet sind.
6. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Schaltelemente (MSV1 , MSV2) elektrische Halbleiterschalter, beispielsweise Thyristoren oder IGBT's, verwendet sind.
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