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Dokumentenidentifikation DE3223892C2 18.01.1990
Titel Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit antiparallel geschalteten Thyristoren
Anmelder Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, 8400 Regensburg, DE
Erfinder Kugler, Kurt, Dipl.-Ing. (FH), 8411 Hainsacker, DE;
Lessmann-Mieske, Hans-Henning, Dipl.-Ing., 8409 Tegernheim, DE;
Wein, Franz, Dipl.-Ing. (FH), 8411 Beratzhausen, DE
DE-Anmeldedatum 26.06.1982
DE-Aktenzeichen 3223892
Offenlegungstag 29.12.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.01.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.1990
IPC-Hauptklasse H01F 29/04
Zusammenfassung Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen. Parallel zu jedem Thyristorpaar ist hierbei ein Kommutierungskondensator mit in Reihe liegenden Dämpfungswiderständen vorgesehen. Die Dämpfungswiderstände des nichtstromführenden Stromkreises sind im stationären Zustand mittels eines Kontaktes überbrückt, und dieser Kontakt ist während des Umschaltvorganges geöffnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher bezeichnet ist (DE-AS 15 63 280).

Bei diesen Schaltanordnungen zur Lastumschaltung besteht eine Schwierigkeit darin, daß die an einer Stufe der Stufenwicklung im Betrieb auftretenden Stoßspannungen die sperrenden Thyristoren beanspruchen. Da eine hohe zulässige Spitzensperrspannung der Thyristoren sich sehr stark im Preis der Thyristoren auswirkt und oberhalb gewisser Grenzen nur noch durch aufwendige Reihenschaltungen realisiert werden kann, wird eine Reduzierung der an den Thyristoren auftretenden Stoßbeanspruchungen angestrebt. Der übliche Weg, durch Parallelschaltung von Varistoren ein Betriebsmittel spannungsmäßig zu entlasten, ist im Fall von Thyristoren nicht gangbar, weil auf Grund der Varistorkennlinie die an der Parallelschaltung von Varistor und Thyristor sich aufbauende Spannung zunächst steil ansteigt, bevor bei höheren Momentanwerten der Spannung die begrenzende Wirkung des Varistors eintritt. Der hohe Spannungsanstieg du/dt ist jedoch in der Lage, die Thyristoren zu zünden, ohne daß Zündimpulse am Gate anlegen, und sie dadurch zu zerstören.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Schaltanordnung zur Lastumschaltung in Bezug auf ihre Empfindlichkeit gegen Stoßspannungsbeanspruchung zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Mittel gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß bei ausreichender Größe ein Kondensator grundsätzlich geeignet ist, sowohl den Spannungsanstieg als auch die absolute Höhe kurzer Spannungsimpulse zu begrenzen. Es wird deshalb in vorteilhafter Weise der ohnehin in den beiden Kommutierungskreisen der Schaltanordnung zur Lastumschaltung jeweils vorhandene Kommutierungskondensator zusätzlich zu seiner Kommutierungsaufgabe in einer zweiten Funktion als Schutz- und Begrenzungskondensator für Stoßspannungen eingesetzt.

Die Erfindung geht hierbei von folgender Überlegung aus: Um bei der Lastumschaltung eine einwandfreie Kommutierung des Laststromes ohne unzulässig hohe Stromspitzen in den Thyristoren durchführen zu können, benötigt der Kondensator in Reihe geschaltete Dämpfungselemente, sowohl ohmscher wie auch induktiver Art. Andererseits bewirken diese Dämpfungselemente die völlige Unwirksamkeit des Kondensators in Bezug auf den Schutz gegen Stoßspannungen. Da nun die Dämpfungselemente nur für die in sehr kurzer Zeit ablaufende Umschaltung zwischen zwei Anzapfstufen erforderlich sind, andererseits die Schutzwirkung des Kondensators gegen Stoßspannungen für die weitaus überwiegende Zeit, benötigt wird, nämlich dann, wenn die Schaltanordnung in einer ihrer Betriebsstellungen steht, lassen sich Kommutierungs- und Schutzfunktion des Kondensators zeitlich trennen. Es ist also möglich, in der Schutzphase die Dämpfungselemente durch einen Kontakt kurzzuschließen, während in der Kommutierungsphase durch Öffnen desselben Kontaktes die Dämpfungselemente wirksam werden.

In besonders vorteilhafter Weise wird in Weiterführung der Erfindung den Dämpfungselementen beider Thyristorpaare je ein Relais zugeordnet, wobei die beiden Relais über je eine Zenerdiode in Reihe zwischen den beiden Anzapfungen liegen und ein nockenbetätigter Steuerkontakt die Mitte dieser Reihenschaltung beider Relais mit der gemeinsamen Ableitung verbindet. Die beiden Relais sind hierbei derart geschaltet, daß jeweils nur das Relais der sperrenden Seite an Stufenspannung liegt und anziehen kann. Die jeweils leitende Seite benötigt keinen Überspannungsschutz, da die Stoßströme direkt über die leitenden Thyristoren zum Sternpunkt abfließen können. Die beiden mit den Relais in Reihe liegenden Zenerdioden bewirken einen, zusätzlichen Spannungsabfall im Relaiskreis und sind derart dimensioniert, daß trotz ständig anliegender Stufenspannung an der Reihenschaltung der beiden Relais ein sicheres Abfallen des angezogenen Relais beim Öffnen des nockenbetätigten Steuerkontaktes gewährleistet ist. Der nockenbetätigte Steuerkontakt, der unmittelbar vor Beginn des Umschaltvorganges das Abfallen des Relais der bis dahin sperrenden Seite einleitet, kann hierbei Bestandteil der ohnehin für die Zündung der Thyristoren erforderlichen Steuerkontakte sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der zugehörigen Schaltbilder nachstehend näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 die Schaltanordnung im stationären Zustand und

Fig. 2 dieselbe Schaltanordnung im Moment des Umschaltens.

Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht die Schaltanordnung im wesentlichen aus zwei gleichartigen Stromkreisen I, II, die zwischen je einer Anzapfstufe A, B, einer Stufenwicklung W und einer gemeinsamen Ableitung Y liegen. Jeder Stromkreis I, II enthält je ein Paar antiparallel geschalteter Thyristoren T1 bzw. T2 und parallel zu diesen Thyristoren T1 und T2 liegt je ein Kommutierungszweig, der einen Kondensator C1 bzw. C2 mit in Reihe liegenden ohmschen und induktiven Dämpfungselementen R1 und L1 bzw. R2 und L2 enthält. Hierbei sind die Dämpfungselemente mittels je eines Kontaktes K1 bzw. K2, die zu je einem Relais D1 bzw. D2 gehören, überbrückbar. Die beiden Relais D1, D2 liegen über je eine Zenerdiode Z1 bzw. Z2 in Reihe zwischen den Anzapfstufen A und B, und die Mitte M dieser Reihenschaltung ist über einen nockenbetätigten Steuerkontakt Ko mit der gemeinsamen Ableitung Y verbunden. Jedem Thyristorpaar T1,T2 ist noch eine Drossel D vorgeschaltet, die der besseren Einhaltung der dynamischen Werte der Thyristoren dient.

Die Funktion ist folgende: Fig. 1 zeigt zunächst den stationären Zustand, in welchem die Anzapfstufe A mit der Ableitung Y verbunden und der Steuerkontakt Ko geschlossen ist. Das bedeutet, daß die Thyristoren T1 leitend sind und daß zwischen der Anzapfstufe A und der Ableitung Y keine nennenswerte Spannungsdifferenz besteht. Demzufolge ist im Stromkreis I das Relais D1 nicht-erregt, und der Kontakt K1 ist geöffnet. Im Stromkreis II hingegen, befinden sich die Thyristoren T2 im sperrenden Zustand. Es liegt also Stufenspannung zwischen der Anzapfstufe B und der Ableitung Y. Diese Spannung beaufschlagt über die Zenerdiode Z2 auch das Relais D2, so daß der Kontakt K2 geschlossen ist. Die Dämpfungselemente R2 und L2 des Stromkreises II sind also überbrückt, wodurch der Kondensator C2 als Schutz gegen Stoßspannungen, die möglicherweise an den sperrenden Thyristoren T2 auftreten könnten, wirksam wird. Wird nun auf Grund einer üblichen nicht näher erläuterten Steueranordnung der Befehl zur Lastumschaltung gegeben, so wird kurz bevor die Thyristoren T2 Zündimpulse erhalten, der nockenbetätigte Steuerkontakt Ko geöffnet, so daß das Relais D2 abfällt und der Kontakt K2 öffnet. Hierdurch wird der Kondensator C2 als Kommutierungskondensator wirksam (vergleiche Fig. 2). Die beiden mit den Relais D1,D2 in Reihe liegenden Zenerdioden Z1,Z2 bewirken bei geöffnetem Steuerkontakt Ko einen zusätzlichen Spannungsabfall im Relaiskreis und sind derart dimensioniert, daß trotz ständig anliegender Stufenspannung an der Reihenschaltung der beiden Relais ein sicheres Abfallen des jeweils angezogenen Relais beim Öffnen des nockenbetätigten Steuerkontaktes Ko gewährleistet ist. Unmittelbar nach vollzogener Stromkommutierung auf die Thyristoren T2 schließt der nockenbetätigte Steuerkontakt Ko, wodurch nun das Relais D1 erregt wird und der Kondensator C1 infolge der Überbrückung seiner Dämpfungselemente R1 und L1 die Schutzfunktion für die nun sperrenden Thyristoren T1 gegen Stoßspannungsbeanspruchung übernimmt.

Es ist klar, daß bei dieser Schaltanordnung im Moment der Lastumschaltung die Funktion des Schutzes gegen Stoßspannungen aufgehoben ist. Dies kann jedoch ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sich der Umschaltvorgang von einer Anzapfstufe A auf die andere B in einer sehr kurzen Zeitspanne abspielt.


Anspruch[de]
  1. 1. Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen, wobei parallel zu jedem Thyristorpaar ein Kommutierungskondensator mit in Reihe liegenden Dämpfungswiderständen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswiderstände (z.B. L2, R2) des nichtstromführenden Stromkreises (z.B. II) im stationären Zustand mittels eines Kontaktes (z.B. K2) überbrückt sind und daß dieser Kontakt während des Umschaltvorganges geöffnet ist.
  2. 2. Anordnung zur Lastumschaltung von Stufentransformatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Dämpfungswiderständen (L1,R1,L2,R2) beider Thyristorpaare (T1,T2) je ein Relais (D1,D2) zugeordnet ist, wobei die beiden Relais über je eine Zenerdiode (Z1,Z2) in Reihe zwischen den beiden Anzapfungen (A, B) liegen und ein mittels der Steueranordnung nockenbetätigter Steuerkontakt (Ko) die Mitte (M) dieser Reihenschaltung beider Relais mit der gemeinsamen Ableitung (Y) verbindet.






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