WO2014019828A1 - Stufenschalter - Google Patents

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WO2014019828A1
WO2014019828A1 PCT/EP2013/064686 EP2013064686W WO2014019828A1 WO 2014019828 A1 WO2014019828 A1 WO 2014019828A1 EP 2013064686 W EP2013064686 W EP 2013064686W WO 2014019828 A1 WO2014019828 A1 WO 2014019828A1
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WO
WIPO (PCT)
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switching
vacuum interrupter
msv2
tap changer
load
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/064686
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oleksandr Kalinichenko
Tobias Wild
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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Publication date
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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
    • H01H9/0016—Contact arrangements for tap changers
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a tap changer according to the reactor switching principle for uninterrupted load switching by means of vacuum interrupters according to the preamble of the first claim.
  • a tap-changer is used in conjunction with a tap-changer
  • DE 197 43 865 C1 The this circuit breaker underlying circuit including the switching sequence in the switching from a level A to an adjacent level B is shown for a phase in Figure 3 of DE 197 43 865 C1.
  • N and n + 1 are adjacent taps of the tap winding of the transformer.
  • P1 and P2 are the ones to switch to
  • a vacuum switching cell V is connected, wherein the corresponding connection to Load L is produced by a bypass switch B.
  • the bypass switch B can connect each of the two movable selector contacts P1, P2 both individually and together with the load transfer line L. It has two fixed bypass contacts and two movable bypass contacts. The movable bypass contacts are hinged together and connected to the load lead L. Each of the two fixed bypass contacts is electrically connected to one of the movable selector contacts P1, P2 at their respective side facing the vacuum switch cell. In the stationary state, the bypass switch bypasses the two fixed bypass contacts and connects them together with the load derivation L. At the beginning of a load switching this connection between the two fixed bypass contacts and thus the
  • the bypass switch connects only the remaining on the original winding tap n movable selector contact P1 with the load lead L. Thereafter, the vacuum switch cell V opens, then reaches the movable selector contact P2, the new winding tap n + 1, the vacuum switch cell V close again. Finally, the bypass switch B resumes its initial position, d. H. his stationary position, a.
  • Vacuum interrupter must be able to provide. Such a tap changer is
  • Object of the present invention is therefore to provide a tap changer of the type mentioned, in which despite a slow connection or disconnection of vacuum interrupters no voltage is induced by the Matterretreaktanz in the respective switching on or off switching path and one opposite the state the technology occupies significantly smaller space within the tapped transformer.
  • the general inventive idea is to provide a protective circuit in a tap changer according to the reactor switching principle for uninterrupted load switching by means of vacuum interrupters connected in parallel to the at least one vacuum interrupter such that when you turn on or off the corresponding vacuum interrupter, the voltage induced by the fürretreaktanz not in the corresponding switching on or off switching path is transmitted.
  • the protection circuit comprises a varistor. In the prior art it comes when switching off, d. H. Open the corresponding
  • Vacuum interrupter a switching path due to the reactor switching principle in the circuit mandatory supersonic reactance to a high reverse voltage and thus re-ignition between the contact pieces of the vacuum interrupter.
  • a protective circuit connected in parallel with the vacuum interrupter which comprises at least one varistor which becomes conductive from a certain predefined threshold voltage, for example 3 kV, and thus supplies the voltage to the
  • Vacuum switch tube acting high reverse voltage limited to the defined threshold voltage of the varistor, effectively preventing re-ignition of the vacuum interrupter.
  • the energy absorbed by the varistor is converted into heat energy.
  • the protection circuit comprises a series-connected RC element.
  • Vacuum interrupter it comes in the prior art due to the relatively slow closing process of the vacuum interrupter to a light ignition between the contact pieces of the respective vacuum interrupter, even before this has completely closed mechanically. At low inrush currents, the current then breaks completely due to the preignition, because the current is not sufficient for a stable arc. Due to the inductive effect of the Matterretreaktanz it comes with a strong increase in voltage and re-ignition of the zuhariden vacuum interrupter. These processes run with a frequency in the
  • the protection circuit comprises a varistor and an RC element connected in series therewith. This effectively prevents both the voltages of the over-reactances induced during the closing and switching-off.
  • Figure 1 shows a tap changer according to the reactor switching principle for uninterrupted
  • Figure 3 shows a first embodiment of the protection circuit according to the invention
  • Figure 4 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows yet another embodiment of the invention
  • Figure 1 shows a tap changer according to the reactor switching principle for uninterrupted load switching by means of vacuum interrupters with a protective circuit according to the invention 1 and 2.
  • N and n + 1 are adjacent winding taps of the control winding of the tapped transformer, whereby according to the reactor switching principle intermediate positions, ie operating positions in which a selector arm, for example the selector arm MTS1, on the winding tap n while the other selector arm, for example the selector arm MTS2, is on the winding tap n + 1, as stationary operating positions are allowed.
  • the selector of the tap changer which performs the powerless selection of the new stage to be switched to before the actual load switching, is stylized by its two selector arms MTS1 and MTS2.
  • the diverter switch as known in the prior art, has two load branches A and B which, in the stationary operating position shown here, both have their corresponding ones
  • the tap changer comprises in each of the load branches A and B in each case a vacuum interrupter MSV1 or MSV2 and a Kochltreaktanz X1 and X2, which are in electrical connection with the load derivation LA.
  • FIG. 1 the stationary operation of the connected winding tap n is shown, in which the load current IL of the winding tap n on the two load branches A and B divides in equal parts, the path with the lowest inner line resistance, ie via the two closed vacuum interrupters MSV1 and MSV2, takes off and flows down to the load discharge LA.
  • a movable selector arm for example the selector arm MST1
  • the other selector arm for example the selector arm MST2
  • This switching sequence is repeated at Each further load switching and will be explained below in all individual steps with reference to the figures 2 a to 2d, for example, a load switching.
  • the protective circuits 1 and 2 according to the invention are provided in parallel to the corresponding vacuum interrupters MSV1 and MSV2, such that when the corresponding vacuum interrupter MSV1 or MSV2 is switched on or off the voltage induced by the overrunning reactance X1 or X2 is not added to or corresponding to the corresponding switching off switching path, d. H. the load branch A or B, is passed.
  • FIG. 2a The tap n is connected in a stationary manner, as explained with reference to FIG. In each case, half the load current Vi IL flows through the two load branches A and B.
  • both vacuum interrupters MSV1 and MSV2 are closed during steady-state operation. In a first step of switching the MSV2 opens.
  • d. H. Open the corresponding vacuum interrupter, so the MSV2, in the corresponding load branch, here A, due to the mandatory according to the reactor switching principle in the circuit required over-reactance X2 to a high
  • a protection circuit 1 connected in parallel with the vacuum interrupter MSV2 is proposed which, after a first
  • Embodiment comprises at least one varistor 3, which is from a certain pre-defined threshold voltage, for example, 3 kV, conductive and thus acting on the vacuum interrupter MSV2 high reverse voltage to the defined
  • Threshold limited which effectively prevents re-ignition of the vacuum interrupter MSV2.
  • the energy absorbed by the varistor 3 is converted into heat.
  • FIG. 2b The vacuum interrupter MSV2 has been completely opened.
  • the load current I L thus flows completely across the load branch A.
  • the selector arm MTS2 moves in the direction of the adjacent winding tap n + 1 of the control winding of the tapped transformer.
  • FIG. 2c The selector arm MTS2 has preselected the winding tapping n + 1. However, the total load current IL still flows across the load branch A.
  • the vacuum interrupter MSV2 begins to close, ie the vacuum interrupter MSV2 is connected.
  • the protective circuit 1 and 2 for this purpose comprises a in When switching on, ie close the corresponding vacuum interrupter, here the MSV2, it came without the protection circuit 2 due to the relatively slow closing process of the vacuum interrupter MSV2 to a strike through between the contact pieces, even before this has completely closed mechanically closed , With small inrush currents, the current then breaks completely due to the pre-ignition, because the current is not stable
  • FIG. 2d The vacuum interrupter MSV2 is closed.
  • the load current IL is divided equally over the two load branches A and B, the selector arm MTS1 of the load branch A on the winding tap n and the selector arm MTS2 of the load branch B is, which forms an allowable stationary operating position according to the reactor switching principle.
  • the Studentsltreaktanzen X1 and X2 must be electrically dimensioned so that they are sized for the continuous load in steady operation.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a protection circuit 1 or 2, consisting of a varistor 3.
  • the varistor 3 may comprise a plurality of individual varistors, which are interconnected electrically to a series circuit.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a protective circuit 1 or 2, consisting of an RC element 4 connected in series, this having an ohmic and capacitive component.
  • FIG. 5 shows yet another embodiment of the protective circuit 1 or 2, consisting of a varistor 3 and an RC element 4 connected in series therewith.
  • Reactor switching principle which is based on a circuit with a vacuum interrupter per load branch and a series-connected supersonic reactance. It would be the same possible, the protective circuit according to the invention parallel to the at least one vacuum interrupter used another, working on the reactor switching principle. Circuit to use. Alternatively, the general inventive idea would be applicable to a working on the reactor switching principle circuit in which the
  • Vacuum interrupters by other switching means such as oil switching mechanical switches or semiconductor devices such as IGBT ' s, would be replaced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches. Die allgemeine erfinderische Idee besteht dabei darin, bei einem Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren (MSV1, MSV2) parallelgeschaltet zu der mindestens einen Vakuumschaltröhre (MSV1, MSV2) eine Schutzschaltung (1, 2) vorzusehen, derart, dass beim zu- bzw. abschalten der entsprechenden Vakuumschaltröhre die durch die Überschaltreaktanz (X1, X2) induzierte Spannung nicht in die entsprechend zu- bzw. abschaltende Schaltstrecke übertragen wird.

Description

Stufenschalter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Ein Stufenschalter wird in Verbindung mit einem Stufentransformator zur
unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung dieses Stufentransformators benutzt und dient damit zur unterbrechungslosen Spannungsregelung.
Für Stufenschalter existieren weltweit zwei unterschiedliche grundsätzliche Schaltprinzipien: Zum einen der verhältnismäßig langsam umschaltende Reaktorschalter, der bis heute in den USA dominierend ist. Dabei sind Umschaltimpedanzen, beispielsweise in Form von
Überschaltdrosselspulen, vorgesehen, die während der langsamen Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung zur nächsten einen Stufenkurzschluss vermeiden und für die
Dauerbelastung im stationären Betrieb bemessen sind.
Zum anderen der im Vergleich zum Reaktorschalter schnell umschaltende
Widerstandsschalter, nach seinem Erfinder auch oft als„Jansen-Schalter" bezeichnet, der sich im Rest der Welt durchgesetzt hat. Hierbei erfolgt die Umschaltung von einer
Wicklungsanzapfung auf die nächste schnell, d. h. sprungartig. Zudem sind
Überschaltwiderstände, die einen Stufenkurzschluss, der bei diesem Prinzip der
Umschaltung nur für eine sehr kurze Zeitspanne auftreten darf, vorgesehen.
Ein nach dem Reaktorschaltprinzip arbeitender Stufenschalter, der ebenfalls auf die
Anmelderin zurückgeht, ist aus der DE 197 43 865 C1 bekannt geworden. Die diesem Stufenschalter zu Grunde liegende Schaltung einschließlich der Schaltsequenz bei der Umschaltung von einer Stufe A auf eine benachbarte Stufe B ist für eine Phase in Figur 3 der DE 197 43 865 C1 dargestellt. N und n + 1 sind dabei benachbarte Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators. P1 und P2 sind die bei der Umschaltung zu
betätigenden beweglichen Wählerkontakte, R1 und R2 sind die bereits erläuterten
Umschaltimpedanzen, oder auch Überschaltreaktanzen genannt. Zwischen die beiden Zweige ist eine Vakuumschaltzelle V geschaltet, wobei die entsprechende Verbindung zur Lastableitung L durch einen Bypass-Schalter B hergestellt wird. Der Bypass-Schalter B kann dabei - je nach Stellung - jeden der beiden beweglichen Wählerkontakte P1 , P2 sowohl einzeln als auch gemeinsam mit der Lastableitung L verbinden. Er verfügt dazu über zwei feste Bypass-Kontakte und zwei bewegliche Bypass- Kontakte. Die beweglichen Bypass- Kontakte sind gelenkig miteinander sowie mit der Lastableitung L verbunden. Jeder der beiden festen Bypass-Kontakte steht mit einem der beweglichen Wählerkontakte P1 , P2 an jeweils deren der Vakuumschaltzelle zugewandten Seite elektrisch in Verbindung. Im stationären Zustand überbrückt der Bypass-Schalter die beiden festen Bypass- Kontakte und verbindet sie gemeinsam mit der Lastableitung L. Zu Beginn einer Lastumschaltung wird diese Verbindung zwischen den beiden festen Bypass-Kontakten und damit den
beweglichen Wählerkontakten unterbrochen; bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltsequenz verbindet der Bypass-Schalter lediglich den auf der ursprünglichen Wicklungsanzapfung n verbleibenden beweglichen Wählerkontakt P1 mit der Lastableitung L. Danach öffnet die Vakuumschaltzelle V, anschließend erreicht der bewegliche Wählerkontakt P2 die neue Wicklungsanzapfung n + 1 die Vakuumschaltzelle V schließt wieder. Schließlich nimmt der Bypass-Schalter B wieder seine Ausgangsstellung, d. h. seine stationäre Stellung, ein.
Um diese Schaltung und deren Umschaltsequenz in einem Stufenschalter konstruktiv lösen zu können, ist zum einem ein aus mehreren Einzelbauteilen bestehender Bypass-Schalter notwendig und andererseits für jede der Vakuumschaltröhren pro Phase - wobei im Regelfall eine dreiphasige Anwendung zum Tragen kommt - ein separater Kraftspeicher, der die notwendige Energie zur Betätigung, insbesondere zum Öffnen, der jeweiligen
Vakuumschaltröhre bereitstellen können muss. Ein derartiger Stufenschalter ist
beispielsweise aus der DE 40 1 1 019 C1 bekannt geworden. Dabei gilt es insbesondere zu beachten, dass beim Öffnen der jeweiligen Vakuumschaltröhre, also beim Abschalten der entsprechenden Wicklungsanzapfung der Regelwicklung des Leistungstransformators, auf Grund der schnellen Änderung des Stromflusses die in der Schaltung beim
Reaktorschaltprinzip zwingend erforderliche Überschaltdrosselspule, oder auch
Überschaltreaktanz genannt, des abschaltenden Lastzweiges des Laststufenschalters eine unerwünschte Spannung in dieser abschaltende Schaltstrecke induziert. Bei dem
beschriebenen Reaktorschalter der DE 40 1 1 019 C1 werden daher Vakuumschaltröhren verwendet, die einen sehr großen Hub, also Abstand zwischen den Kontaktstücken des beweglichen und festen Stößels, erzeugen, um die dielektrisch notwendigen Abstände sicherzustellen, um damit dieses physikalische Phänome dauerhaft zu beherrschen. Weiterhin werden für jede Vakuumschaltröhre Federenergiespeicher vorgesehen, die eine große Kraft aufbringen, um ein verhältnismäßig schnelles und damit sicheres Abschalten der entsprechenden Vakuumschaltröhre sicherzustellen. Neuere Entwicklungen von
Stufenschaltern, die ebenfalls nach dem Reaktorschaltprinzip arbeiten, verzichten jedoch vollständig auf einen Kraftspeicher. Die Vakuumschaltröhren werden also im Vergleich zu der DE 40 1 1 019 C1 langsam bewegt. Zudem wird diese neue Generation der
Stufenschalter direkt am Joch des Transformators verbaut. Mit anderen Worten ist also der Bauraum für einen Stufenschalter mit Kraftspeicher und groß dimensionierten
Vakuumschaltröhren, um eine Schaltung nach dem Vorbild der DE 40 1 1 019 C1
vorzusehen, nicht mehr vorhanden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem trotz eines langsamen Zu- bzw. Abschaltens von Vakuumschaltröhren keine Spannung durch die Überschaltreaktanz in die jeweilige zu- bzw. abschaltende Schaltstrecke induziert wird und der einen gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkleinerten Bauraum innerhalb des Stufentransformators einnimmt.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht dabei darin, bei einem Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren parallelgeschaltet zu der mindestens einen Vakuumschaltröhre eine Schutzschaltung vorzusehen, derart, dass beim Zu- bzw. Abschalten der entsprechenden Vakuumschaltröhre die durch die Überschaltreaktanz induzierte Spannung nicht in die entsprechend zu- bzw. abschaltende Schaltstrecke übertragen wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschaltung dabei einen Varistor. Im Stand der Technik kommt es beim Abschalten, d. h. Öffnen der entsprechenden
Vakuumschaltröhre, einer Schaltstrecke auf Grund der nach dem Reaktorschaltprinzip in der Schaltung zwingend erforderlichen Überschaltreaktanz zu einer hohen Widerkehrspannung und damit erneuten Durchzünden zwischen den Kontaktstücken der Vakuumschaltröhre. Erfindungsgemäß wird eine zu der Vakuumschaltröhre parallel geschaltete Schutzschaltung vorgeschlagen, die wenigstens einen Varistor umfasst, der ab einer gewissen vorab definierten Schwellspannung, beispielsweise 3 kV, leitend wird und damit die auf die
Vakuumschaltröhre wirkende hohe Widerkehrspannung auf die definierte Schwellspannung des Varistors begrenzt, was ein erneutes Durchzünden der Vakuumschaltröhre wirkungsvoll verhindert. Die von dem Varistor aufgenommene Energie wird dabei in Wärmeenergie umgewandelt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschaltung ein in Reihe geschaltetes RC-Glied. Beim Zuschalten, d. h. Schließen der entsprechenden
Vakuumschaltröhre, kommt es im Stand der Technik auf Grund des verhältnismäßig langsam ablaufenden Schließvorgangs der Vakuumschaltröhre zu einem Durchzünden zwischen den Kontaktstücken der jeweiligen Vakuumschaltröhre, noch bevor diese vollständig mechanisch geschlossen hat. Bei kleinen Einschaltströmen reißt auf Grund der Vorzündung der Strom dann wieder komplett ab, weil die Stromstärke nicht für einen stabilen Lichtbogen ausreichend ist. Auf Grund der induktiven Wirkung der Überschaltreaktanz kommt es damit zu einem starken Spannungsanstieg und einem erneuten Durchzünden der zuschaltenden Vakuumschaltröhre. Diese Vorgänge laufen mit einer Frequenz im
Kilohertzbereich ab. Indem nun als Schutzschaltung parallel zur Vakuumschaltröhre ein RC- Glied geschaltet wird, wird dies wirkungsvoll verhindert.
Nach einer wiederum weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschaltung einen Varistor und ein in Reihe dazu geschaltetes RC-Glied. Damit werden sowohl die beim Zu- als auch beim Abschalten induzierten Spannungen der Überschaltreaktanzen wirkungsvoll unterbunden.
Nachstehend soll die Erfindung beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen
Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung Figuren 2a bis 2d verschiedene Schaltschritte während einer Lastumschaltung auf eine neue stationäre Betriebsstellung
Figur 3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzschaltung Figur 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schutzschaltung
Figur 5 eine nochmals weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schutzschaltung.
Figur 1 zeigt einen Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen Lastumschaltung mittels Vakuumschaltröhren mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung 1 und 2. N und n+1 sind dabei benachbarte Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung des Stufentransformators, wobei nach dem Reaktorschaltprinzip Zwischenstellungen, also Betriebsstellungen bei denen der eine Wählerarm, beispielsweise der Wählerarm MTS1 , auf der Wicklungsanzapfung n während der andere Wählerarm, beispielsweise der Wählerarm MTS2, auf der Wicklungsanzapfung n+1 steht, als stationäre Betriebsstellungen zulässig sind. Der Wähler des Stufenschalters, der vor der eigentlichen Lastumschaltung die leistungslose Anwahl der neuen Stufe, auf die umgeschaltet werden soll, vornimmt, ist durch seine beiden Wählerarme MTS1 und MTS2 stilisiert dargestellt. Der Lastumschalter hat, wie nach dem Stand der Technik bekannt, zwei Lastzweige A und B, die in der hier abgebildeten stationären Betriebsstellung beide mit den ihnen zugeordneten entsprechenden
Wählerarmen MST1 bzw. MST 2 mit der Wicklungsanzapfung n elektrisch in Verbindung stehen. Der Stufenschalter umfasst dabei in jedem der Lastzweig A und B jeweils eine Vakuumschaltröhre MSV1 bzw. MSV2 und eine Überschaltreaktanz X1 bzw. X2, die mit der Lastableitung LA elektrischer in Verbindung stehen.
In Figur 1 ist der stationäre Betrieb der beschalteten Wicklungsanzapfung n gezeigt, bei der sich der Laststrom IL von der Wicklungsanzapfung n über die beiden Lastzweige A und B zu gleichen Teilen aufteilt, den Weg mit dem geringsten inneren Leitungswiderstandes, also über die beiden geschlossenen Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2, nimmt und zur Lastableitung LA hin abfließt. Bei der nächsten stationären Betriebsstellung nach vollzogener Lastumschaltung liegt ein beweglicher Wählerarm, beispielsweise der Wählerarm MST1 , an der Wicklungsanzapfung n und der andere Wählerarm, beispielsweise der Wählerarm MST2, an der benachbarten Wicklungsanzapfung n+1 . Diese Schaltsequenz wiederholt sich bei jeder weiteren Lastumschaltung und soll nachfolgend in allen Einzelschritten an Hand der Figuren 2 a bis 2d beispielhaft für eine Lastumschaltung erläutert werden.
Parallel zu den entsprechenden Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2 sind jeweils die erfindungsgemäßen Schutzschaltungen 1 und 2 vorgesehen, derart, dass beim zu- bzw. abschalten der entsprechenden Vakuumschaltröhre MSV1 oder MSV2 die durch die Überschaltreaktanz X1 oder X2 induzierte Spannung nicht in die entsprechend zu- bzw. abschaltende Schaltstrecke, d. h. den Lastzweig A oder B, geleitet wird. Figur 2a: Die Anzapfung n ist stationär beschaltet, wie an Hand Figur 1 erläutert. Es fließt dabei jeweils der halbe Laststrom Vi IL über die beiden Lastzweige A und B. Zudem sind beide Vakuumschaltröhren MSV1 und MSV2 im stationären Betrieb geschlossen. In einem ersten Schritt der Umschaltung öffnet die MSV2. Im Stand der Technik kam es beim Abschalten, d. h. öffnen der entsprechenden Vakuumschaltröhre, also der MSV2, in dem entsprechenden Lastzweig, hier A, auf Grund der nach dem Reaktorschaltprinzip in der Schaltung zwingend erforderlichen Überschaltreaktanz X2 zu einer hohen
Widerkehrspannung und damit erneuten Durchzünden zwischen den Kontaktstücken der Vakuumschaltröhre MSV2. Erfindungsgemäß wird eine zu der Vakuumschaltröhre MSV2 parallel geschaltete Schutzschaltung 1 vorgeschlagen, die nach einer ersten
Ausführungsform wenigstens einen Varistor 3 umfasst, der ab einer gewissen vorab definierten Schwellspannung, beispielsweise 3 kV, leitend wird und damit die auf die Vakuumschaltröhre MSV2 wirkende hohe Widerkehrspannung auf die definierte
Schwellspannung begrenzt, was ein erneutes Durchzünden der Vakuumschaltröhre MSV2 wirkungsvoll verhindert. Die von dem Varistor 3 aufgenommene Energie wird dabei in Wärme umgewandelt.
Figur 2b: Die Vakuumschaltröhre MSV2 hat komplett geöffnet. Der Laststrom I L fließt damit vollständig über den Lastzweig A. Der Wählerarm MTS2 fährt in Richtung der benachbarten Wicklungsanzapfung n+1 der Regelwicklung des Stufentransformators.
Figur 2c: Der Wählerarm MTS2 hat die Wicklungsanzapfung n+1 vorgewählt. Der gesamte Laststrom I L fließt jedoch noch immer über den Lastzweig A. Die Vakuumschaltröhre MSV2 beginnt sich zu schließen, d. h. die Vakuumschaltröhre MSV2 wird beschaltet. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schutzschaltung 1 und 2 hierfür ein in Reihe geschaltetes RC-Gliedes 4. Beim Zuschalten, d. h. schließen der entsprechenden Vakuumschaltröhre, hier der MSV2, kam es ohne die Schutzschaltung 2 auf Grund des verhältnismäßig langsam ablaufenden Schließvorgangs der Vakuumschaltröhre MSV2 zu einem Durchzünden zwischen den Kontaktstücken, noch bevor diese vollständig mechanisch geschlossen hat. Bei kleinen Einschaltströmen reißt auf Grund der Vorzündung der Strom dann wieder komplett ab, weil die Stromstärke nicht für einen stabilen Lichtbogen
ausreichend ist. Auf Grund der induktiven Wirkung der Überschaltreaktanz, hier der
Überschaltreaktanz X2, kommt es damit zu einem starken Spannungsanstieg und einem erneuten Durchzünden der zuschaltenden Vakuumschaltröhre MSV2. Diese Vorgänge laufen mit einer Frequenz im Kilohertzbereich ab. Indem nun in einer Ausführungsform der Erfindung eine Schutzschaltung 2 mit einem RC-Glied 4 parallel zu der Vakuumschaltröhre MSV2 geschaltet wird, werden diese unerwünschten Vorgänge wirkungsvoll verhindert.
Figur 2d: Die Vakuumschaltröhre MSV2 ist geschlossen. Der Lasttrom IL teilt sich zu gleichen Teilen über die beiden Lastzweige A und B auf, wobei der Wählerarm MTS1 des Lastzweiges A auf der Wicklungsanzapfung n und der Wählerarm MTS2 des Lastzweiges B steht, was nach dem Reaktorschaltprinzip eine zulässige stationäre Betriebsstellung bildet. Die Überschaltreaktanzen X1 und X2 müssen dabei elektrisch so dimensioniert sein, dass sie für die Dauerbelastung im stationären Betrieb bemessen sind.
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schutzschaltung 1 bzw. 2, bestehend aus einem Varistor 3. Der Varistor 3 kann dabei mehrere einzelne Varistoren umfassen, die untereinander elektrisch zu einer Reihenschaltung verschaltet sind. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schutzschaltung 1 bzw. 2, bestehend aus einem in Reihe geschalteten RC-Glied 4, wobei dieses einen ohmschen und kapazitiven Anteil aufweist.
Figur 5 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform der Schutzschaltung 1 bzw. 2, bestehend aus einem Varistor 3 und einem dazu in Reihe geschalteten RC-Glied 4.
Die Erfindung wurde voranstehend beispielhaft an einem Stufenschalter nach dem
Reaktorschaltprinzip erläutert, dem eine Schaltung mit einer Vakuumschaltröhre je Lastzweig und einer dazu in Reihe geschalteten Überschaltreaktanz zu Grunde liegt. Ebenso wäre es dabei möglich, die erfindungsgemäße Schutzschaltung parallel zu der wenigstens einen verwendeten Vakuumschaltröhre einer anderen, nach dem Reaktorschaltprinzip arbeitenden. Schaltung zu verwenden. Alternativ wäre die allgemeine erfinderische Idee auch auf eine nach dem Reaktorschaltprinzip arbeitende Schaltung anwendbar, bei der die
Vakuumschaltröhren durch andere Schaltmittel, beispielsweise unter Öl schaltende mechanische Umschalter oder Halbleiterbauelemente wie IGBT's, ersetzt würden.

Claims

Patentansprüche
1. Stufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip zur unterbrechungslosen
Lastumschaltung mittels mindestens einer Vakuumschaltröhre ,
wobei zwei Lastzweige vorgesehen sind,
wobei jeder Lastzweig eine Überschaltreaktanz umfasst,
und wobei jedem der Lastzweige ein Wählerarm zur leistungslosen Vorwahl der
Wicklungsanzapfung, auf die unterbrechungsios umgeschaltet werden soll, zugeordnet ist dadurch gekennzeichnet,
dass parallelgeschaltet zu der mindestens einen Vakuumschaltröhre (MSV1 oder MSV2) eine Schutzschaltung (1 oder 2) vorgesehen ist, derart, dass beim Zu- bzw. Abschalten der entsprechenden Vakuumschaltröhre (MSV1 oder MSV2) die durch die Überschaltreaktanz (X1 oder X2) induzierte Spannung nicht in die entsprechend zu- bzw. abschaltende Schaltstrecke übertragen wird.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung (1 oder 2) jeweils einen Varistor (3) umfasst.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Varistor (3) aus mehreren einzelnen Varistoren gebildet ist, die untereinander in Reihe geschaltet sind.
4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Varistor eine Schwellspannung von wenigstens 3 KV aufweist.
5. Stufenschalter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung (1 oder 2) jeweils ein RC-Glied (4), aufweisend einen in Reihe geschalteten Widerstand (R) und einen Kondensator (C), umfasst.
6. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung (1 oder 2) jeweils ein RC-Glied (4) und einen in Reihe dazu geschalteten Varistor (3) umfasst.
7. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass anstatt der mindestens einen Vakuumschaltröhre (MSV1 oder MSV2) jeweils ein unter Öl betätigbarer mechanischer Umschalter verwendet wird.
8. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass anstatt der mindestens einen Vakuumschaltröhre (MSV1 oder MSV2) jeweils ein IGBT verwendet wird.
9. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass anstatt der mindestens einen Vakuumschaltröhre (MSV1 oder MSV2) jeweils ein Thyristor verwendet wird.
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