DD213329A1

DD213329A1 - Schutzeinrichtung fuer einen transformator mit stufenschalter

Info

Publication number: DD213329A1
Application number: DD24709983A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Broedner; Wolfgang Zuerich; Bernhard Land
Original assignee: Liebknecht Transformat
Priority date: 1983-01-07
Filing date: 1983-01-07
Publication date: 1984-09-05

Abstract

Die Erfindung wird angewendet bei Transformatoren oder Drosselspulen mit Stufenschaltern in Sternschaltung, wobei in den Stellwicklungen hohe elektrische Stroeme fliessen und fuer die einzelnen Phasen eine Stromteilung von der Wicklung bis zu den Lastschaltern vorgesehen ist. Ziel und Aufgabe sind es, eine Schutzeinrichtung zu finden, die den Einsatz von billigen Stufenschaltern ermoeglicht und die elektrische oder mechanische Stoerungen unmittelbar an einem der Stufenschalter sicher beherrscht und die eine thermische Ueberlastung des Transformators vermeidet. Dieses wird dadurch erreicht, dass den Sternpunktleitungen jeder der Stufenschalteinrichtungen vor ihrem gemeinsamen Sternpunkt Mess- und Auswerteglieder zugeordnet sind, die mit Melde- und Ausloesegeraeten verbunden sind, wobei die Mess- und Auswerteglieder elektrisch so zusammengeschaltet sind, dass bei Gleichlauf der Stufenschalteinrichtungen die aus den in den Sternpunktleitungen fliessenden Stroemen bzw. den anliegenden Spannungen abgeleiteten Messwerte sich aufheben, waehrend sie bei Ungleichheit im Lauf der Stufenschalteinrichtungen an die Melde- und Ausloesegeraete Impulse abgeben, derart, dass dann ein Warnsignal und/oder eine Abschaltung des Transformators erfolgt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung wird angewendet bei Iraasforinatoien oder Drosselspulen mit Stufenschaltern, wobei in den Stellwicklungen des Transformatoren oder Drosselspulen hohe elektrische Ströme fließen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Stufenschalter für Transformatoren oder Drosselspulen, mit denen hohe Ströme geschaltet werden sollen, erfordern einen großen mechanischen Aufwand und besondere elektrische Maßnahmen, damit diese Ströme sicher beherrscht werden können· Z.B· werden zur Betätigung der erforderlichen kräftigen Kontaktsätze große Antsiebsmomente benötigt. Dieses wiederum bedingt schwere mechanische Bauteile, die zugleich so bemessen sein müssen, daß auch die erheblichen Beanspruchungen im Kurzschlußfall beherrscht werden. Derartige Schalter sind insgesamt schwer, von großen Abmessungen und bedürfen meist einer häufigen Wartung. Der Preis solcher Schalter ist hoch, nicht zuletzt deshalb, weil die produzierte Stückzahl gering ist.

Es ist deshalb eine Einrichtung zur Stromteilung bei Lastumschaltern bekannt, bei der z.B. ein Lastschalter mit parallelen Kontakten eingesetzt und jede Phase in mehrere parallele Strompfade aufgeteilt ist, die von der aus mehreren parallelen Drähten aufgebautedl Wicklung bis zu den parallelen Kontakten des Lastschalters von einander völlig isoliert verlaufen (DE-OS 1513971? 21 d², 53/03).

Es ist ferne ι eine Stufenregeleinrichtung füE Transformatoren mit zwei gleich, großen und in gleichen Stufen mehrfach, angezapften Regelwicklungen für jede Phase bekannt, die aus zwei Lastschaltern mit stan gekuppelten "beweglichen Stromabnehmern und gemeinsam angetriebenen Stufenwählein besteht, wobei jeweils ein Lastschalter mit dem zugehörigen Wähler einer der in Parallelschaltung arbeitenden Regelwicklungen zugeordnet ist.(DB-PS 923978; 21 d², 53/02) Sine ähnliche Anordnung ist aus der DE-PS 11384-64 (21 d², 53/03) bekannt, nur daß dort die Parallelströme über sogenannte Ausgleichsdrosseln vereinigt sind· Grundsätzlich ist aber die Verfahrensweise bei allen dieser Lösungen gleich. Es weiden die Wicklungen jeder Phase in zwei parallele Zweige mit gleichen Leiterquerschnitten unterteilt. Die Anzapfungen des einen Zweiges jeder der drei PkBsen werden an die Kontaktbahnen eines Sternpunkt-Stufenschalters angeschlossen, die Anzapfungen der zweiten Zweige aller drei Phasen an einem zweiten gleichartigen Schalter· Die Hennströme der beiden Schalter sind so gewählt, daß jeder den halben Strom einer Phase des Transformators führt und schalten kann.

Beide Schalter sind mechanisch so gekuppelt, daß sie im Gleichlauf arbeiten. Die Sternpunkte beider Schalter sind fest miteinander "verbunden, so daß für die drei Phasen mit ihren parallelen Zweigen ein ordnungsgemäßer gemeinsamer Hullpünkt gebildet wild. Die in parallele Zweige unterteilten Wicklungen wirken in an sich bekannter· Weise als Stromteiler, so daß die stromführenden Eontakte der Stufenschalter, insbesondere auch die Abbrennkontakte im Augenblick, der Lastumschaltung stets gleichmäßig mit dem halben Nennstrom der betreffenden Phase belastet werden. Jeder Schalter wird also elektrisch nicht höher beansprucht, als seiner Auslegung entsprechend zulässig ist.

Die Gefahr eines Außer-Tritt-Fallens ist wegen der festen mechanischen Koppelung im ungestörten Zustand nicht möglich. Es ist ferner bekannt, daß bei im Dreieck geschalteten Transformatoren mit Erfolg seit langes Zeit mit Hilfe von 3 mechanisch gekoppelten^ inr Gleichlauf arbeitenden Stufenschaltern die Anzapfungen aller 3 Phasen gleichzeitig umgeschaltet werden· Es ist jedoch nicht völlig auszuschließen, daß infolge von Störungen im Antriebssystem, ζ.B* durch Ausfall der Antriebsspannung des Motorantriebes dieser so kurz vor dem Augenblick der eigentlichen Lastumschaltung anhält, daß der eine der beiden Lastumschalter noch umschaltet, der zweite jedoch in der bisherigen stellung verharrt. Bei der erwähnten Dreieckschaltung ist eine solche Unsymmetrie weniger schädlich, sie führt lediglich zu einer Unsymmetrie der Spannungen zwischen den drei Phasen mit geringer zusätzlicher thermischer Belastung der Wicklungen. Bei einem Parallelbetrieb von getrennten Wicklungszweigen einer sterngeschalteten Anordnung arbeitet jedoch im. Fplle einer Unsymmetrie der Stufenschalter * jeder der beiden parallelen Zweige der Wicklung mit unterschiedlichen Windungszahlen, so daß neben ungleichen Stromanteilen zum Sternpunkt noch Ausgleichsströme fließen, die die Wicklung thermisch hoch belasten und nur sehr kurzzeitig, d.h. nur für wenige Sekunden, zulässig sind. Sin Schaden am Transformator durch eine anhaltende thermische Überbeanspruchung ist sonst unvermeidlich.

Für sdinen in einer solchen Betriebsweise arbeitenden Transformator ist es deshalb unerläßlich, daß Sicherheitseinrichtungen angebracht sind, die eine Unsymmetrie der Stellungen beider Schalter entweder verhindern oder so kurzzeitig signalisieren» damit äer Transformator sofort abgeschaltet werden kann.

In bereits bekannter Weise "besteht ae.sh.all3 die Möglichkeit, den gemeinsamen Antrieb beider Stufenschalter mit eines mechanischen Speichereinrichtung zu versehen, die Rotationsenergie abgibt und auch bei Ausfall der Antriebs spannung in jedem Falle den Lastumschaltvorgang in seiner Gesamtheit voll zu Ende führt. Damit wird ein Zurückbleiben eines der beiden Schalter sicher verhindert.

Nicht abgesichert werden damit jedoch Störungen elektrischer oder mechanischer Art unmittelbar an einem der Stufenschal tex. Diese Schalter stellen erfahrungsgemäß im Betrieb - allein wegen der neben der elektrischen Wirkungsweise zusätzlich erforderlichen sicheren, mechanischen Funktion — stets eine Schwachstelle dar. Der an sich wirkungsvolle Differentialschutz von Transformatoren gegen Störungen läßt sich im vorliegenden Fall wegen seines hohen technischen Aufwandes nicht anwenden·· Hierbei wird ein Differenzström, der sich aus der Differenz der gemessenen Stromwerte der Eingangs- und Ausgangsströme des Transformators ergibt, fortlaufend von einem Beiais überwacht. Diese Schutzmethode beruht auf der Hypothese, daß. ein starkes Ansteigen des Differenzstromes das Vorhandensein einer Störung im Transformator anzeigt. Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, da während der Sättigung des Transformators, hohe Werte des Differenzstromes auftreten. Um nun eine sichere Entscheidung treffen zu können, ob es sich um eine solche Magnetisierungsspitze oder um einen Bäfekt im Transformator handelt, sind komplizierte Vergleichseinrichtungen erforderlich, die aber gicht einen Schluß auf eine defekte Stufenschaltereinrichtung zulassen.(DE-AS 2246276; H 02 H, 3/28 und 7/04) Auch andere bekannte Einrichtungen zum Schutz von Geräten in DrehstEomanlagen lassen sich nicht auf das vorliegende Problem anwenden.

Jf-

So ermöglicht das bekannte Verfahren zur Überwachung

von Drehstrommotoren zwar insbesondere ihre Abschaltung bei Einphasenlauf dadurch, daß ein frequenzempfindliches, die 3 Frequenzen addierendes Gerät vorgesehen ist, das bei Änderung der normalen Summenf requenz ein Signal und/oder die Abschaltung des überwachten Motors auslöst. Jedoch ist mit einem solchen Gerät nicht der Ort des Fehlers erkennbar und bei Anwendung auf einen Transformator mit einer eingangs geschilderten Stufenschalteinrichtung wirkt es zu träge. (DE-PS 104-7931; 21 d³, 2) Auch ein bekannter Relaisschutz für eine drehstromgespeiste Kondensatorbatterie läßt sich nicht übernehmen, da hier aufwendige Kompensationsmaßnahmen, die zu Vergleichs- und Auswertezwecken erforderlich sind, durchgeführt werden müssen. (DS-PS 1197176; 21 d³, 2)

Ziel der !Erfindung:

Bs ist Ziel der Erfindung, eine Schutzeinrichtung für einen Transformator- mit Stufenschalter anzugeben, die die Mängel des Standes der Technik nicht aufweist und die es ermöglicht _% Stufenschalter für niedrigere elektrische Ströme, wie sie in großen Stückzahlen als normale Typen produziert werden, für Transformatoren einzusetzen, in deren Stellwicklungen hohe elektrische Ströme fließen·

Darlegung des Wesens de* Erfindung: Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung für einen Transformator mit Stufenschalter in Sternschaltung zu finden, bei dem je Phase eine Stromteilung, insbesondere von der Wicklung bis zu den Lastumschaltern hin vorgesehen ist, mit der Störungen elektrischer oder mechanischer Art unmittelbar an einem der Stufenschalter sicher erkannt und beherrscht werden und die somit eine thermische Überlastung des Transformators vermeidet.

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Sternpunktleitungen äeder der Stufenschalteinrichtungen yox ihrem gemeinsamen Sternpunkt Meß— und Auswerteglieder zugeordnet sind, die mit Melde- und Auslösegeräten verbunden sind_r wobei die Heß— und Auswerteglieder elektrisch so zusammengesehaltet sind, daß bei Gleichlauf der Stufen— sehalteinrichtungen die aus den in den Sternpunktleitungen fließenden Strömen bzw.. den anliegenden Spannungen abgeleiteten Meßwerte sich aufheben,, während sie bei Ungleichheit im Lauf der Stuf enschalteinrichtungen an die Melde— und Auslösegerate Impulse abgeben, derart, daß dann ein Warnsignal und/oder eine Abschaltung des Transformators erfolgt, Torteilhafterweise sind auf die Sternpunktleitungen jedes der Stufenschalter vor ihrer Verbindungsstelle zum gemeinsamen Sternpunkt Stromwandler aufgebracht, die an einem Wicklungsende gegensinnig zusammengeschaltet sind, so daß an den beiden offenen Anschlüssen keine Spannung anliegt, wenn in den Sternpunktableitungen keine oder bei Sternpunktbelastung gleichstarke Ströme zum Sternpunkt fließen·

Ist dieses Gleichgewicht gestört, d.h. daß infolge ungleicher Stellung der Stufenschalter ;jede dei Sternpunktleitungen verschieden starke Ströme führt, heben sich die von beiden Wandlern erzeugten Spannungen nicht auf. Ist der Sternpunkt nicht belastet, fließt ein Ausgleichstrom, die von beiden Wandlern erzeugten Spannungen addieren sich dann· Durch das an die beiden offenen Anschlüsse des Wandlersystems angeschaltete Meldegerät fließt dann in beiden Fällen ein Strom, so daß automatisch eine sofortige Abschaltung des Transformators, z.B. innerhalb von Sekunden eingeleitet werden kann.

Für Transformatoren, die mit anderen Systemen in einem Block arbeiten (Generator, Elektrolyse, Elektroofen usw.) und eine Abschaltung zwangsweise mit erheblichen Auswirkungen verbunden ist, ist es vorteilhaft, wenn die Sternpunktleitungen der Stufenschalter neben den Stromwandlern noch zusätzlich mit Spannungswandlern beschaltet sind, so daß im Falle einer Unsymmetrie der Stromkomponenten der Zweig, mit der höheren Spannung durch diese Einrichtung ein aignal an den zugehörigen Stufenschalter zur Rückstufung gibt* Sind Höhe und Dauer dieser Unsymmetrie zu hoch, so daß eine Gefährdung der Wicklung entsteht, wird die oben beschriebene strom-zeit-abhängige Abschaltung wirksam, Ba auch im normalen Betriebsfall ein völliger Synchronismus zwischen den Stufenschaltern, z.B. durch geringe Unterschiede in den Federmechanismen auch bei gemeinsamem Antrieb nicht herstellbar ist, sind kurzzeitige Spannungsimpulse aus der Wandlerkombination unvermeidlich. Damit diese nicht, zu einer ungerechtfertigten Abschaltung des Transformators führen, ist es zweckmäßig, solche Impulse erst von einem bestimmten Schwelisnwert an als Meldung weiterzuleiten. Mit Hilfe eines Schwellenwertschalters, z.B. eines "Schmidt-Trigger", der der Wandlerkombination nachgeschaltet ist, wird dieses erreicht.

Die tatsächliche Grenze del Zulässigkeit von Äusgleichströmen in der Wicklung ,bedingt durch ungleichen Lauf de ι Stufenschalter, Wild jedoch dadurch bestimmt, welche thermische Zusatzbelastung die Wicklung ohne Gefährdung aufnehmen kann. Diese zusätzliche Belastung ist eine Funktion von Höhe und Dauei der Unsymmetrie de* Teilwicklungsströme. Gemeldet weiden sollen nur solche Stromungleichheiten, die für die Wicklung eine Gefahr bedeuten. Sine Meldung ist also eist dann"geιechtfeitigt, wenn die Unparallelität der Lastumschaltung obeihalb des für den ungestörten Betrieb zulässigen Bereiches liegt, und das durch eine oder mehrere aufeinandei folgende Lastumsohaltungen stiom- und zeitabhängige "!heimische Volumen" die füi die Wicklung zulässige Grenze übe!schreiten* Durch ein erfindungsgemäß vorgesehenes Strom-Zeit-integrierendes Gerät,, das in geeigneter Weise, z.B. durch automatische Bückstellung auf Hüll,, nach einer angemessenen Zeit auch die nachfolgende Abkühlung berücksichtigt, kann eine optimale Selektierung der Meldungen erfolgen. Dieses Gerät weist: voiteilhafterweise mindestens 2 Kontakte auf, die mit Warn- bzw. Auslöseeinrichtungen verbunden sind, derart, daß bei Überschreitung· der zulässigen Zeit für die Dauer des Ausgleichstromes, wenn die insgesamt zulässige thermische Zusatzbelastung der Wicklung jedoch noch nicht erreicht ist, zunächst ein Warnkontakt anspricht und die Not— wendigkeit: einer baldigen Revision signalisiert. Wild die Grenze der thermischen Zusatzbelastbarkeit der Wicklung erreicht,, erfolgt durch den zweiten Kontakt ein Signal zur Abschaltung des Transformators.

Da der Sternpunkt eines Transformators für die Spannungsprüfung zumindest für einen Teil der 3?rüfspannung isoliert sein muß, ist es erforderlich» daß die Stromwandler gegen die Sternpunkt-Leitungen entsprechend isoliert sind·

Zweckmäßigerweise sind deshalb die Sternpunkt-Anschlüsse der Stufenschalte:; über separate Durchführungen aus dem Transformator herausgefühlt und die Zusammenschaltung zum gemeinsamen Sternpunkt erfolgt dann eist außerhalb des Transformators· Die erforderlichen Wandler sind dann ohne besondere Schwierigkeiten gut isoliert und in an sich bekannter Weise als Duichfuhrungsstromwandler an jeder der Durchführungen angebracht.

Ausführungsbeispiel:

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt die schaltungstechnische Terknüpfung dei Schutzeinrichtung» Für die Phase U sind zwei Teilwicklungen vorgesehen, die aus., den Hauptwicklungen 1,2 und den Stellwicklungen 3* 4 bestehen· Für die Phase Y sind es die Hauptwicklungen 5» und die Stellwicklungen 7» 8· Bei der Phase W bestehen die Teilwicklungen aus den Hauptwicklungen 9» 10 und den Stellwicklungen 11, 12, An den Stellwicklungen 3» 7» 11 sind die drei Kontaktbahnen eines ersten Stufenschalters angeschlossen, der eine Sternpunktleitung 13 besitzt. Ein zweiter Stufenschalter ist mit seinen Kontaktbahnen mit den Stellwicklungen 4, 8, 12 verbunden, und er ^eist eine Sternpunktleitung 14 auf. Beide Sternpunktleitungen 13, 14 führen zu einem gemeinsamen Sternpunkt 15· Zwei gegensinnig geschaltete Stromwandler 16, 17 werden .von den Strömen in den Sternpunktleitungen 13» 14 erregt. Ihre induzierten Spannungen heben sich so lange auf, wie in den Sternpunktleitungen I3, 14 gleich große Ströme in gleicher Richtung fließen, so daß an den Klemmen 18, I9 keine Spannung auftritt.

SfC

Sobald die Ströme in den Sternpunktleitungen 13» 14 unterschiedlich groß sind oder ein Ausgleichsstrom zwischen den Sternpunkten beider Wicklungssysteme fließt, fließt aach durch ein an die Klemmen 18, I9 angeschlossenes Gerät 20 ein Stzom und es erfolgt über seinen Ausgang 22 ein Warnsignal bzw· über seinen Ausgang 21 die Abschaltung des Transformators. Über die in den Sternpunktleitungen 13, 14 angeordneten Spannungswandler 23, 24 ist es mittels einer nicht dargestellten Einrichtung möglich» daß im Falle einer Unsymmetrie der Stromkomponenten der Zweig mit der höheren Spannung ein Signal zur Rückstufung an den zugehörigen Stufenschalter gegeben wird·

Claims

lrfindungsanspruch

1. Schutzeinrichtung für einen Sransforiiiator mit Stufenschalter in Sternschaltung, "bei dem je Phase eine Stromteilung, insbesondere von der Wicklung bis zu den Lastschaltern hin vorgesehen ist, g ekennzeich.net dadurch, daß den Sternpunktleitungen (13; 14) jeder der Stufenschalteinrichtungen vor ihrem gemeinsamen Sternpunkt (15) Meß- und Auswerteglieder (16; 17; 23; 24) zugeordnet sind, die mit Melde- und Auslösegeräten (20) verbunden sind, wobei die Meß— und Auswerteglieder (16; 17; 23; 24) elektrisch so zusammengeschaltet sind, daß bei Gleichlauf der Stufenschalteinrichtungen die aus den in den Sternpunktleitungen (13» 14) fließenden Strömen bzw· den anliegenden Spannungen abgeleiteten Meßwerte gleich EuIl sind, während diese Meßwerte bei Ungleichheit im Lauf der Stufenschalteinsiehtungen ungleich ETuIl sind, so daß die Melde— und Auslösegeräte (20) an ein Potential gelegt sind, derart, daß diese dann ein Warnsignal abgeben und/oder die Abschaltung des Transformators erfolgt. ' .
2. Schutzeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf die Sternpunktleitungen (13ϊ 14) vor ihrem gemeinsamen Stern— punkt Stromwandler (16: 17) aufgebracht sind, die an einem Ende ihrer Sekundärwicklung gegensinnig zusammengeschaltet sind.

Schutzeinrichtung nach Punfebi, gekennzeichnet dadurch, daß die Stsrnpunktleitungen (13» 14) neben den Stromwandlern (16; 17) noch mit Spannungswandler (23; 24) beschaltet sind, wobei bei eines Unsymmetrie der Stromkomponenten von diesel Einlichtung für den Zweig mit der höheren Spannung ein Signal zu. einer Rückstufung abnehmbar ist.

4· Schatzeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Melde- und Auslösegeräte (20) einen Schwellenwertschalter und/oder ein Strom — Zeit — integrierendes Bauteil aufweisen, derart, "daß eine Meldung trzw· Auslösung erst oberhalb eines: vorbestimmten Schwellenwertes bzw. bei einer bestimmten thermischen Zosatzbelastung des Iransförmators eifolgt«

5· Schutzeinrichtung nach Punkt 1 und 4, g e k e η η-zeichnet d a d u r c h* daß das Melde- und Auslösgerät (20) mindestens 2 Kontakte aufweist, wovon einer mit einer Warneinrichtung und ~~ der andere mit einer die Abschaltung des iransformatora auslösenden Sinrichtung verbunden ist.
6. Schutzeinrichtung nach Punkt 1 und 2, g e k e η nzeichnet dadurch, daß die Sternpunktanschlüsse deι Stufenschalter über separate Durchführungen aus dem Transformator herausgeführt sind und außerhalb des Transformators zum gemeinsamen Sternpunkt zuäammengeschaltet sind und daß"die Stromwandler als Durchführungsstromwandler an jeder der Durchführungen angebracht sind.

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