DE2355514B2

DE2355514B2 - Lastumschalter für Transformatoren

Info

Publication number: DE2355514B2
Application number: DE19732355514
Authority: DE
Inventors: Werner 7000 Stuttgart Widmann
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2355514C3; DE2355514A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lastumschalter

fiii ii.iiiSioi iiuiiui cm gciiuii.i liuiii Olicitiugriff -ties jeweiligen, nebengeordneten Anspruchs. Ein derartiger Lastumschalter ist bekannt (DE-OS 18 00 618.

Nach dem Prinzip der sogenannten Widerstands-Schnellschaltung arbeitende, als Sprungschalter ausge- *> bildete Lastumschalter für mit einer Stufenwicklung ausgestattete sowie einen Feinwähler und eventuell einen Wender oder Grobwähler aufweisende Transformatoren arbeiten meist als ölschalter, in der Weise, daß die beim Umschalten unter Last auftretenden Lichtbö-η gen im freien öl brennen. Bei nach diesem Schaltprinzip arbeitenden Lastumschaltern macht insbesondere die Beherrschung der bei Transformatoren für höchste Spannungen auftretenden Stufenspannungen Schwierigkeiten.

I^ Um die elektrische Belastung der Kontakte eines Lastumschalters für Transformatoren zu verringern, ist es außerdem aus der DE-AS 19 61 605 bekannt, einen Lastumschalter mit sechs festen, aufeinander folgenden Kontakten für jede Phase auszustatten. Hierbei sind die Kontakte in zwei Gruppen zusammengefaßt, die jeweils zwei aufeinander folgenden umzuschaltenden Anzapfungen zugeordnet sind. Hierbei dienen Dioden in Reihe zu Widerständen als spannungsabhängige Widerstände, die die zu schaltenden Kontakte entlasten. Eine ähnliche

^ Anordnung ist auch in »Neues aus der Technik« 1961, Nr. 7, Seite I bis 2, beschrieben.

Weiterhin ist es aus der Zeitschrift »ETZ-A«, Band 86 (1965), Heft 15, Seite 497, bekannt, bei dem Schalten eines Motors zwei Kontakte in Reihe zu schalten und

i<> einem der in Reihe geschalteten Kontakte eine Diode parallel zu schalten. Auch hierdurch können die Kontakte entlastet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, bei einem Lastumschalter der im Oberbegriff des An-

i"> Spruchs 1 angegebenen Art zu erreichen, daß die schaltenden Kontakte durch Dioden entlastet werden, ohne daß für jeden Kontakt bzw. jedes zueinander in Reihe liegende Kontakipaar eine Diode vorgesehen werden muß.

4» Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche beschriebenen Merkmaie gelöst.

Hierdurch läßt sich eine Entlastung für zwei Kontakte jeweils durch eine einzige Diode erreichen, so daß man

t) bei kleinem Aufwand für die Dioden auch höhere und höchste Stufenspannungen beherrschen kann und andererseits eine Verminderung der Ölzersetzung und des Kontaktabbrandes erreicht.

Einzelheiten der Erfindung und die Wirkungsweise

^r>o der erfindungsgemäßen Maßnahmen werden im nachstehenden an Hand der Zeichnung erläutert, die vier prinzipielle Schaltungsbeispiele umfaßt.

Um die Anzahl der Dioden möglichst gering zu halten, wird daher wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,

v> zwischen die Verbindungsleitungen U, 12 der beiden auf jeder Seite in Reihe geschalteten Widerstandsschaltstrecken 1,2 mit den Widerstandskontakten 3,4 und 5,6 nur eine Diode 9 geschaltet. Bei dieser Schaltung ist stets gewährleistet, daß während der Öffnung der

ω) Widerstandskontakte 3 und 4 die Widerslandskontakte 5 und 6 geschlossen sind und umgekehrt. Folglich liegt die Diode 9 während des Offnungsvorgangs stets entweder parallel zum Widerstandskontakt 4 oder parallel /.um Widerstandskontakt 6.

h^r> In entsprechender Weise sind die Verbindungspunkte 17 und 18 von je zwei zueinander in Reihe geschalteten Hauplkontakten 13, 14; 15, 16 miteinander verbunden iiiiii übür CtiiC gCii'iCnlStiiViL' DimiO Ϊ9 iiil U1TH

gemeinsamen Schalterpol 30 angeschlossen.

Bei der Umschaltung des Lastumschalters nach F i g. 1 öffnet zunächst der geschlossene Hauptkontakt und die Zeit bis zum Schließen des anderen Hauptkontaktes ist dabei stets so groß, daß der öffnende Hauptkontakt während dieser Zeitspanne mit Sicherheit gelöscht hat. Die Diode 19, die beiden Hauptkontakten 14 und 16 parallel geschaltet ist ist also in der Lage, die Entlastung beider Hauptkontakte vorzunehmen.

Ausgehend von der Überlegung, daß bei der üblichen Auslegung der Oberschaltwiderstände unter den ungünstigtsten Voraussetzungen an den Hauptkontakten nur etwa die halde Spannung auftritt wie an den Widerstandskontakten, während die abzuschaltenden Ströme an beiden Kontakten etwa gleich groß sind, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, gemäß Fig.2 zwischen die Verbindungsleitungen 11 und 12 der in Reihe liegenden Widerstandskontakte 3,4; 5,6 zwei gegenpolig in Serie geschaltete Dioden 31,32 zu legen und an die Mittelanzapfung 27 dieser Dioden die Verbindungspunkte 17 und 18 der ebenfalls in Reihe geschalteten Hauptkontakte 13, 14 und 15, 16 anzulenken. Die beiden Dioden 31, 32 sind dann spannungsmäßig so auszulegen, daß jede Hälfte mindestens für die Wiederkehrspannung an den Hauptkontakten bemessen ist und daß außerdem die beiden hintereinandergeschalteten Dioden mindestens der Wiederkehrspannung an den Widerstandskontakten gewachsen sind. Sind die höchsten zu schaltenden Ströme an den Haupt- und Widerstandskontakten unterschiedlich, dann sind beide Dioden für den höheren Strom zu bemessen.

Ein Vorteil der Anordnungen gemäß den F i g. 1 und 2 ist darin zu sehen, daß die Dioden nur in der kurzen Zeit während des jeweiligen Schaltvorganges, das sind also nur wenige Halbperioden der Netzfrequenz, strom- und spannungsmä3ig beansprucht werden. Durch die Dioden wird außerdem die Löschfähigkeit des Lastumschalters praktisch unabhängig von der Induktivität des zu unterbrechenden Stromkreises. Dies ist hauptsächlich von Bedeutung bei Regeltransformatoren mit Grob- und Feinwicklung, und zwar in der Reglerstellung, in der von der Fein- auf die Grobwicklung umgeschaltet wird. Andererseits wird es wegen der durch die Dioden bewirkten langen stromlosen Pause möglich, die Induktivität des vom Lastumschalter zu i'nterbrechenden Stromkreises absichtlich zu erhöhen, z. B. zur Begrenzung des Kurzschlußstromes bei einem Stufenkurzschluß. Ferner wird es dadurch ohne Einbuße an Schaltleistung möglich, an Stelle der jetzt allgemein verwendeten Überschaltwiderstände im Lastumschalter Induktivitäten einzusetzen.

Bei diesen Schaltungen kann in den Widerstandskontakten 4 und 6 höchstens während einer Halbperiode und in den Widerstandskontakten 3 und 5 höchstens während zwei Halbperioden der Netzfrequenz ein Lichtbogen brennen, wenn jeweils die beiden hintereinandergeschalteten Widerstandskontakte im gleichen Augenblick öffnen. Zur weiteren Verminderung der Lichtbogenbrenndauer in den Kontakten, denen keine Diode parallel geschaltet ist, das sind die Widerstandskontakte 3 und 5, wird weiter vorgeschlagen, den Öffnungszeitpunkt dieser Widerstandskontakte jeweils etwa um eine Halbperiode oder etwas weniger nach dem Öffnungszeitpunkt der übrigen Widerstandskontakte zu legen. Hierdurch wird erreicht, daß in allen Wiuersiandskoniakicn liie i.ichibogenbrenndauer höchstens nur eine Halbschwingung, im Durchschnitt jedoch eine halbe Halbschwingung beträgt.

Gleiche Lichtbogenbrenndauer und folglich gleichen Kontaktabbrand erhält man, wenn, wie der F i g. 3 zu ' entnehmen ist, einer der beiden hintereinanderliegenden Widerstandskontakte beispielsweise 3 und 5 jeweils eine Diode 20, 22 parallel geschaltet wird, eine Diode 9 zwischen die Verbindungsleitungen 11, 12 der beiden auf jeder Seite in Reihe geschalteten Widerstandskon-

lü takte 3,4 und 5,6 gelegt wird und die Öffnungsmomente aller Widerstandskontakte gleich gewählt werden.

Um zu vermeiden, daß im Falle der Schaltanordnung entsprechend der Fi g. 3 ein Teil der Dioden auch vor und nach dem Umschaltvorgang an Spannung liegt,

r» rönnen die Dioden mittels zusätzlicher Hilfsschalter jeweils kurz vor dem Umschaltvorgang des eigentlichen Lastumschalter zugeschaltet und anschließend wieder abgeschaltet werden. Dabei würde es ausreichen, nur jeweils die Dioden abzuschalten, welche nach beendigtem Umschaltvorgang an Spannung liegen.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind die Verbindungsleitungen 11,12 zwischen den zueinander in Reihe geschalteten Widerstandskontakten 3,4; 5,6 jeweils mit den Anschlüssen der Hauptkontakte 7, 8 der zugehöri-

2*1 gen Hauptschaltstrecke über eine Diode 20, 22 verbunden. Die Diode 20 liegt damit parallel zu der Reihenschaltung des Überschaltwiderstandes 28 mit dem Widerstandskontakt 3 und die Diode 22 liegt parallel zu der Reihenschaltung des Überschaltwider-

s<> Standes 29 mit dem Widerstandskontakt 5.

In diesem Falle werden durch die Dioden 20 und 22 wiederum in jeder zweiten Halbperiode während der Kontakttrennung die Haupikontakte 7 und 8 sowie die Widerstandskontakte 3 und 5 stromlos. Nach der

)"> Lichtbogenlöschung in den Widerstandskontakten 3 und 5 wird auch an den Widerstandskontakten 4 und 6 jede zweite Halbperiode stromlos. Hierbei ergeben sich zunächst in den Widerstandskontakten 4 und 6 größere Lichtbogenzeiten als in den Widerstandskontakten 3 und 5. Die Lichtbogenzeiten in den Widersiandskontakten 4 und 6 können jedoch verkürzt werden, wenn man, wie bereits erörtert, den Öffnuiigszeilpunkt dieser Widerstandskontakte 4, 6 um etwa eine Halbperiode gegenüber dem Öffnungszeitpunkt der Widerstands-

4^r> kontakte 3 und 5 verzögert.

Bei Fig. 4 ist zu Beginn des Umschaltvorganges die Diode 20 dem Hauptkontakt 7 parallel geschaltet und erleichtert somit zunächst dem Hauptkontakt die Lichtbogenlöschung. Dadurch, daß die Diode 20

·><> gleichzeitig dem Überschaltwidersiand 28 parallel liegt, kann dieser Überschaltwiderstand wesentlich hochohmiger als ohne diese Diode ausgeführt werden, da durch diese Diode der Überschaltwiderstand in jeder zweiten Halbperiode überbrückt ist. Beim anschließenden

λ öffnen der Widerstandskontakte 3 und 4 ist dann die Diode 20 diesen Widerstandskontakten vorgeschaltet und ergibt, zusammen mit der auf der anderen Schalterseite gleichartig geschalteten Diode 22, auch an den Widerstandskontakten günstigere Löschbedingun-

w) gen.

Da die in Lastumschaltern für Transformatoren auftretenden Spannungen und Ströme nieist so hoch si,id, daß zur Beherrschung der Spannungen meist mehrere Dioden in Reihe und zur Beherrschung der

h· Ströme vielfach mehrere Dioden parallel geschaltet werden müssen, ist unter dem Begriff »eine Diode« daher grundsätzlich auch die Kombination mehrerer in Keine und b/w.-oder parallel geschalteter Dioden /u

verstehen.

Bei der Reihenschaltung von Dioden ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsaufteilung im allgemeinen eine Potentialsteuerung zum Beispiel durch parallel geschaltete RC-GWeder notwendig. Derartige Steuerelemente machen einen zusätzlichen Aufwand erforderlich, außerdem ist ihre Bemessung wegen der hohen Temperaturen des umgebenden Öls meist schwierig. Auf eine Potentialsteuerung kann zumindest in den meisten Fällen dann verzichtet werden, wenn sogenannte Avalanche-Dioden, das sind Dioden, deren Sperrwiderstand oberhalb der sogenannten Avalanche-Spannung stark zurückgeht, verwendet werden. Wird bei einer Reihenschaltung solcher Dioden eine Diode

■> infolge höheren Sperrwiderstandes spannungsmäßig höher beansprucht als die übrigen, so schützt sie sich infolge des Avalanche-Effektes gegen eine spannungsmäßige Überbeanspruchung selbst. Daher eignen sich Avalanche-Dioden besonders für die im vorstehenden

κι beschriebenen Schaltanordnungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lastumschalter für Transformatoren mit zwei einseitig mit einem gemeinsamen Schalterpol verbundenen Hauptschaltstrecken und zwei dazu parallelen Widerstandsschaltstrecken, wobei jeder Hauptschaltstrecke eine Widerstandsschaltstrecke parallel geschaltet ist, die aus der Reihenschaltung zweier Widerstandskontakte und einem Überschaltwiderstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Widerstandsschaltstrecke eine Diode (20, 22) parallel zu der Reihenschaltung des Überschaltwiderstandes (28,29) mit dem benachbarten Widerstandskontakt (3,5) liegt (F i g. 4).

2. Lastumschalter für Transformatoren mit zwei einseitig mit einem gemeinsamen Scbalterpol verbundenen Hauptschaltstrecken und zwei dazu parallelen Widerstandsschaltstrecken, wobei jeder Hauptschaltstrecke eine Widerstandsschaltstrecke parallel geschaltet ist, die aus der Reihenschaltung zweier Widerstandskontakte und einem Überschaltwiderstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (11,12) zwischen den in Reihe liegenden Widerstandskontakten (3, 4; 5, 6) über eine Diode (9) miteinander verbunden sind und daß zusätzlich je eine Diode (20, 22) zu dem Widerstandskontakt (3, 5) parallel geschaltet ist, der dem Überschaltwiderstand (28, 29) benachbart liegt (F ig. 3).

3. Lastumschalter für Transformatoren mit zwei einseitig mit einem gemeinsamen Schalterpol verbundenen, aus zwei zueinander in Reihe liegenden Hauptkontakten bestehenden Hauptschaltstrekken und zwei dazu parallelen Widerstandsschaltstrecken, wobei jeder Hauptschaltstrecke eine Widerstandsschaltstrecke parallel geschaltet ist, die aus der Reihenschaltung zweier Widerstandskontakte und einem Überschaltwiderstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (11, 12) zwischen den in Reihe liegenden Widerstandskontakten (3,4; 5,6) über eine Diode (9) miteinander verbunden sind und daß zusätzlich die Verbindungspunkte (17, 18) der Hauptkontakte (13, 14; 15, 16) miteinander und über eine gemeinsame Diode (19) mit dem gemeinsamen Schalterpol (30) verbunden sind (Fig. 1).

4. Lastumschalter für Transformatoren mit zwei einseitig mit einem gemeinsamen Schalterpol verbundenen, aus zwei zueinander in Reihe liegenden Hauptkontakten bestehenden Hauptschaltstrekken und zwei dazu parallelen Widerstandsschaltstrecken, wobei jeder Hauptschaltstreckc eine Widerstandsschaltstrecke parallel geschaltet ist, die aus der Reihenschaltung zweier Widerstandskontakte und einem überschaltwiderstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (11, 12) zwischen den in Reihe liegenden Widerstandskontakten (3, 4; 5, 6) über die Reihenschaltung zweier gegengepolter Dioden (31, 32) miteinander verbunden sind und daß die Mittelanzapfung (27) dieser Dioden (31, 32) an beiden Verbindungspunkten (17, 18) der Hauptkontakte (13,14; 15,16) angeschlossen ist (F i g. 2).