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Anordnung und Verfahren zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei
Stufentransformatoren.
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Die Erfindung betrifft Anordnung und Verfahren zur unterbrechungslosen
Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit zwei abwechselnd stromlos schaltenden
Wählerarmen, deren jeder mit einem Hauptkontakt direkt und mit einem Hilfskontakt
über einen Vorwiderstand mit einer Lastleitung verbindbar ist und wobei parallel
zu den Haupt- und Hilfskontakten ein Umschalter in Reihe mit einem Wechselstromlastschalter
vorgesehen ist.
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Derartige Anordnungen eignen sich für Lastumschalter von Stufenschaltern
ganz allgemein beim Einsatz von Wechselstromlastschaltern, unabhängig davon ob beim
Schalten ein Nicht bogen auftritt oder kein Lichtbogen auftritt oder der Lichtbogen
nach außen wirkungslos bleibt.
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Mehrere Schaltungen hierfür sind durch die deutsche Offenlegungsschrift
1 638 536 bekannt geworden. Bei einer der dort beschriebenen Schaltungen werden
die Anzapfungen der Stufenwicklung von zwei abwechselnd stromlos weiterschaltenden
Wählerarmen mit einem Lastumschalter verbunden. Zwischen jedem dieser Wählerarme
und der Lastleitung ist ein Hauptkontakt und parallel hierzu ein mit einem Vorwiderstand
in Reihe geschalteter Hilfskontakt vorgesehen. Parallel zu diesen Kontaktanordnungen
ist eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Umschalter und einem als Lastschalter
dienenden Vakuumschalter vorgesehen. Der Urnschalter verbindet den in der Grundstellung
geöffne-.
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ten Vakuumschalter jeweils mit der Anzapfung der Stufenwicklung, die
mit der Lastleitung verbunden ist, so daß in Grundstellung der Vakuumschalter spannungsmäßig
entlastet ist.
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Im Zuge der allgemeinen technischen Weiterentwicklung ist man bestrebt,
auch für die Lastumschaltung bei Stufentransformatoren Halbleiterschaltelemente
einzusetzen. Die bekannten Schaltungen haben jedoch sowohl für die Vakuumschalter
als auch für Halbleiterschaltelemente, beispielsweise Thyristoren, den Nachteil,
daß in ungünstigen Fällen die Wiederkehrspannung bei der Umschaltung der Leistung
relativ sehr groß werden und der Stromanstieg im Schaltelement je nach Schaltaugenblick
sehr steil sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der oben
beschriebenen Art eine Lösung anzugeben, die die Wiederkehrspannung im Größtwert
begrenzt
und die Stromanstiegsgeschwindigkeiten in beherrschbaren
Grenzen hält, wobei aber der Schaltungsaufwand gegenüber bekannten Anordnungen nicht
wesentlich vergrößert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe mit
dem Wechselstromlastschalter, parallel zu den Haupt- und Hilfskontakten eine Drossel
zur Begrenzung der Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Kommutieren des Stromes vom
Hauptkontakt auf den Wechselstromlastschalter geschaltet ist und daß für die Überschaltwiderstände
spannungsabhängige Widerstände zur Begrenzung der Wiederkehrspannung am Wechselstromlastschalter
vorgesehen sind. Die Drossel muß hierbei so ausgelegt werden, daß einmal der zulässige
Wert für die Stromlastanstiegsgesch-indigkeit auch im ungünstigen Schaltaugenblick
nicht über schritten wird, andererseits die Kommutierung des Stromes vom Hauptkontakt
in den Wechselstromlastschalter nach Öffnen eines Hauptkontaktes nicht verzögert
wird.
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Zweckmäßig werden dabei als Wechselstromlastschalter Thyristoren verwendet,
die in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an dem jeweils abzuschaltenden Überschaltwiderstand
gesteuert sind. In der vorgesehenen Schaltung hat die nach der Unterbrechung des
Stromes am Wechselstromlastschalter wiederkehrende Spannung ohm'schen Charakter,
d. h. sie beginnt praktisch mit dem Wert Null und steigt entsprechend der netzfrequenten
Steilheit an. Die Beanspruchung der Thyristoren von der Steilheit er Wiederkehrspannung
ist also gering, so daß auch Thyristoren mit größter Frei werdezeit Anwendung finden
können, die bekanntlich höhere Spannungsfestigkeit aufweisen, was der Schaltung
zugute kommt.
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Anhand einer Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der r;rfindung
näher erläutert.
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Stromlos schaltende Wählerarme 1 und 2 liegen in der gezeichneten
Stellung an Anzapfungen 11 und 12 einer Stufenwicklung 10. Dem Wählerarm 1 und dem
Wählerarm 2 sind je ein Hauptkontakt 31 bzw 32 und parallel zu diesen je ein Vorwiderstand
41 bzw. 42 in Reihe mit einem Hilfskontakt 51 bzw. 52 geschaltet. Die freien Enden
der Hauptkontakte 31,32 und der Hilfskontakt 51, 52 sind miteinander und mit einer
Lastleitung 9 verbunden. Zwischen den Wählerarmen 1 und 2 ist ein Umschalter mit
festen Kontakten 7 und 8 sowie einem beweglichen Kontakt 6 vorgesehen, der eine
Reihenschaltung aus anti-parallelgeschalteten Thyristoren 14 als Wechselstromlastschalter
18 sowie einer Drossel 15 jeweils mit einem der Wählerarme 1 oder 2 verbindet. Die
Zündelektrodçn der Thyristoren 14 sind mit Ausgängen eines Zündgeräts 16 verbunden,
das parallel zu dem Überschaltwiderstand 41 bzw. 42 liegt, und Zündimpulse in Abhängigkeit
von der an seinen Eingängen anliegenden Spannung abgibt. In dem Zündgerät 16 ist
ein von außen mechanisch betätigbarer Schalter 17 vorgesehen, der das Zündgerät
16 steuert.
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In der gezeichneten Stellung ist die Anzapfung 11 über den Hauptkontakt
31 mit der Lastleitung 9 verbunden.
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Gleichzeitig wird durch den Hauptkontakt 31 die benachbarte Reihenschaltung
aus dem Vorwiderstand 41 und dem geschlossenen Hilfskontakt 51 sowie der Wechselstromlastschalter
18 kurzgeschlossen. Der beweglIche Kontakt 6 des Umschalters liegt auf dem festen
Kontakt 7. Vor Einleitung der
eigentlichen Umschaltung wird nunmehr
der Schalter 17 in dem Zündgerät 16 geschlossen, so daß letzteres zündbereit ist.
Nunmehrkann der der Hauptkontakt 31 praktisch lichtbogenfrei geöffnet werden, weil
der Last strom unvorzüglich von den anti-parallel-geschalteten Thyristoren 14 übernommen
wird und der Spannungsabfall dann nicht ausreicht, um am Kontakt 31 einen Lichtbogen
auszubilden. Dabei dient für das Zündgerät 16 die an dem Vorwiderstand 41 kurzzeitig
abfallende Spannung als Kriterium zur Abgabe von Zündimpulsen. Da diese Umschaltung
bei jedem Momentanwert des Stromes eingeleitet werden kann, kann der Strom durch
die Thyristoren 14 unter Umständen eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit
erreichen. Zur Begrenzung dieser Stromanstiegsgeschwindigkeit ist in Reihe mit den
Thyristoren 14 in der Zuleitung zur Lastleitung 9 die Drossel 15 vorgesehen, die
in Grundstellung wirkungslos ist. Im weiteren Verlauf der Umschaltung werden während
die Thyristoren 14 den Laststrom führen, gleichzeitig der Hilfsschalter 52 geschlossen
und der Hilfsschalter 51 geöffnet. Nunmehr fließt von der Anzapfung 12 über den
Wählerarm 2, in den Vorwiderstand 42, den Hilfskontakt 52 die Thyristoren 14 sowie
den Umschalter mit dem beweglichen Kontakt 6 und dem festen Kontakt 7 ein Ausgleichsstrom
über den Wählerarm 1 zur Anzapfung 11. Der Ausgleichsstrom überlagert im Wechselstromlastschalter
18 den Laststrom. Der Ausgleichsstrbm durch den Wechselstromlastschalter 18 wird
nach Öffnen des Schalters 17 in dem Zündgerät 16 durch Schließen der Thyristoren
14 unterbrochen.
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Der Laststrom fließt nun von der Anzapfung 12 über den Wählerarm 2
durch den Widerstand 42, den Hilfskontakt 52 zur Lastleitung 9. Am Widerstand 42
tritt dabei ein Spannungsabfall auf. Die Summe von diesem Spannungsabfall und der
Stufenspannung erscheint als Wiederkehrspannung
nach Löschen des
durch Stromes-durch den Wechselstromlastschalter 18 an den Kle;nmen des Wechelstromschalters
18 bzw. hier der Thyristorschalter 14. Um den Wert dieser Wiederkehrspannung zu
begrenzen und damit die Thyristorschalter 14 spannungsmäßig zu entlasten, werden
die Wiederstände 41 bzw. 42 aus spannungsabhangigen Widerständen aufgebaut. Nunmehr
wird der Hauptkontakt 32 geschlossen und der bewegliche Kontakt 6 auf den festen
Kontakt 8 des Umschalters umgelegt Jetzt fließt der Laststrom von der Wicklungsanzapfung
über den Wählerarm 2 und den Hauptkontakt 32 direkt zur Lastleitung 9. Der Vorwiderstand
42 und erz ir Wechselstromlastschalter 18 sind kurzgeschlossen und die nächste Umschaltung
ist durch das Umlegen des beweglichen Kontakts 6 auf den festen Kontakt 8 des Umschalters
vorbereitet.
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Bei der nächsten Umschaltung werden die Schalter sinngemäß in der
gleichen Reihenfolge betätigt, nachdem vorher, der Wählerarm 1 stromlos mit einer
anderen, beispielsweise der Wicklungsanzapfung 13, verbunden worden ist.
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Bei den Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine Schaltung mit nur
einem Überschaltwiderstand 43 statt der zwei Widerständen 41,42 vorgesehen. Für
einander entsprechende Teile sind die gleichen Bezugszeichen eingesetzt wie in Fig.
1. Die Schaltung enthält in diesem Fall zwei Schalter 61 und 62, die sowohl zu der
Reihenschaltung der Kontakte 6, 1 und 8 mit aem Wechselstromschalter 18 als auch
zur Serienschaltung eines Umschalters mit Kontakten 67, 68 und 66 und dem Überschaltwiderstand
43 parallel liegen. Zur Begrenzung der Wbderkehrspannung ist als Überschaltwiderstand
43 ein spannungsabhängiger Widerstand vorgesehen. In Reihe mit dem Wechselstromlastschalter
18 ist zur Minderung der Stromanstiegsgeschwindigkeit beim Kommutieren des Stromes
von den Schaltern 61 bzw. 62 auf den Wechselstromlastschalter 18, hier ebenfalls
ein Thyristorschalter, gleichfalls
eine Drossel 15 vorgesehen.
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Der Umschaltvorgang verläuft sinngemäß wie bei der Schaltung nach
Fig. 1. Es ist hierbei nur zu beachten, daß der Umschalter mit den Kontakten 66
, 67 und 68 nach der Kommutierung des Laststromes von dem Schalter 61 bzw. 62 auf
den Wechselstromlastschalter 18 an die neu anzusteuernde Anzapfung ii bzw. 12 umgelegt
wird.