EP4173012A1 - Laststufenschalter und verfahren zur betätigung eines laststufenschalters - Google Patents

Laststufenschalter und verfahren zur betätigung eines laststufenschalters

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EP4173012A1
EP4173012A1 EP21737610.2A EP21737610A EP4173012A1 EP 4173012 A1 EP4173012 A1 EP 4173012A1 EP 21737610 A EP21737610 A EP 21737610A EP 4173012 A1 EP4173012 A1 EP 4173012A1
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EP
European Patent Office
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control unit
tap changer
load tap
semiconductor switching
switching element
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EP21737610.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4173012B1 (de
EP4173012C0 (de
Inventor
Christian Hammer
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4173012C0 publication Critical patent/EP4173012C0/de
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    • 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
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    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/544—Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer under load.
  • the on-load tap changer consists of a mechanical tap selector for power-free pre-selection of the respective winding tap to which the switchover is to be made, and a diverter switch with semiconductor switching elements as switching means for the actual uninterrupted switchover from the previous to the previously selected new winding tap under load.
  • On-load tap changers of this type are usually also referred to as hybrid tap changers because they also have mechanical contacts in addition to the electronic power switching means.
  • Such a hybrid tap changer is known from EP 2319058 B1.
  • This has two load branches, each of which connects a winding tap via a mechanical switch and a series connection of two IGBTs connected in opposite directions to a common load shunt.
  • a diode is provided in parallel with each IGBT.
  • a varistor is in turn provided in parallel with each individual IGBT.
  • each of the load branches is bridged with a permanent mechanical main contact.
  • the IGBTs on both sides are controlled by a common IGBT driver.
  • the disadvantage of this solution is that the tap changer does not have a monitoring function, such that the mechanical switching contacts are only actuated when the functionality of the semiconductor switching elements has been ensured. If the IGBT on one side fails unnoticed and the switching process continues, a tap short circuit occurs, which has serious, destructive consequences for the tap changer and the tapped transformer.
  • an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a stepped transformer.
  • the on-load tap changer includes a load tap changer for switching from a first fixed contact to a second fixed contact of the on-load tap changer, a selector for power-free preselection of the fixed contacts before the actual switching under load, a first control unit and a second control unit.
  • the diverter switch has a plurality of semiconductor switching elements and a plurality of mechanical switching elements.
  • the selector has a first selector arm and a second selector arm that are independently operable and can contact each of the fixed contacts. Each fixed contact is electrically connected to a winding tap of the tapped transformer. The total number of fixed contacts depends on the number of winding taps.
  • the first control unit is set up to trigger a switching command and, depending on this, to actuate the first selector arm, the second selector arm and the plurality of mechanical switching elements by means of a motor drive.
  • the second control unit is configured to actuate the plurality of semiconductor switching elements. During a switching process of the on-load tap changer, the first control unit actuates the motor drive as a function of the second control unit.
  • the motor drive can be designed as a direct current motor, as a brushless direct current motor, as a servomotor, in particular a torque motor.
  • the motor drive is preferably designed as a stepping motor.
  • the on-load tap changer includes a first sensor for measuring a first measured value, which is the voltage drop at a first Semiconductor switching element and a second sensor for measuring a second measured value TES, which represents the voltage drop across a second semiconductor switching element.
  • the first sensor is set up to transmit the first measured value to the second control unit.
  • the second sensor is set up to transmit the second measured value to the second control unit.
  • the second control unit is in turn set up to transmit a status report to the first control unit as a function of the first and/or the second measured value.
  • the second control unit is set up to transmit the status message “Error” or the status message “OK”.
  • the "Error” status message represents that the switching on or off process of the semiconductor switching element was unsuccessful, for example because the semiconductor switching element is defective.
  • the status message "OK” represents that the switching on or off process of the semiconductor switching element was carried out without errors.
  • the second control unit is set up to transmit the status message "Error" to the first control unit if the first sensor transmits a measured value that exceeds a previously specified first limit value within a specified time, the first sensor transmits a measured value that exceeds a previously specified limit second limit value within a specified time, the second sensor transmits a measured value that does not fall below a previously defined third limit value within a specified time, the first and/or the second sensor does not transmit a measured value within a specified time.
  • the second control unit transmits the status message "OK".
  • the first limit value is preferably between 2 and 10 volts, and the first limit value is particularly preferably 5 volts.
  • the second limit value is preferably between 40 and 80 volts, and the second limit value is particularly preferably 50 volts.
  • the third limit value is preferably between 40 and 80 volts, and the third limit value is particularly preferably 50 volts.
  • the second control unit is preferably designed as a microcontroller and set up to to record and evaluate the measured values via analog inputs and/or by means of comparators and to output the status messages depending on this.
  • the first control unit is preferably also designed as a microcontroller.
  • the first and second sensors are preferably designed as voltage dividers with two ohmic resistors.
  • the first control unit is set up to receive the status message from the second control unit and, depending on this and depending on the point in time within the switching process at which the status message is received, either to return the motor drive to the starting position or continue the switchover.
  • the latter specifically means that as the switchover continues, the mechanical switching elements of the diverter switch and the first and/or second selector contact are actuated by means of the motor drive, for example via a common drive shaft.
  • the first control unit is preferably set up to drive the motor drive back into the starting position when
  • the first sensor transmits a measured value to the second control unit, which exceeds the first limit value within a predetermined time
  • the first sensor transmits a measured value to the second control unit which does not exceed the second limit value within a specified time
  • the second control unit is preferably also set up to actuate the motor drive and to continue the switchover if the second sensor transmits a measured value to the second control unit which does not fall below the third limit value within a predetermined time,
  • the status message can be transmitted from the second control unit to the first control unit via an optical fiber or wirelessly, for example via Bluetooth or radio.
  • the optical waveguide can be cast in plastic, for example in the drive shaft, or it can be formed separately without a sheath.
  • the on-load tap changer includes a third sensor for measuring at least one third measured value, which represents the course of the current over time at the semiconductor switching elements.
  • the third sensor is designed as a current sensor, in particular as an alternating current sensor.
  • the third sensor is set up to transmit the third measured value to the second control unit.
  • the second control unit is in turn set up to switch off the semiconductor switching elements as a function of the third measured value.
  • the third measured value means here specifically, depending on the time course of the current that flows through the semiconductor switching elements. Switching off preferably takes place at the current zero crossing.
  • the diverter switch has a first main branch, which connects the first selector arm to a load derivative via a first mechanical switching element, a second main branch, which connects the second selector arm to the load derivative via a second mechanical switching element, and a first auxiliary branch a first semiconductor switching element formed in parallel with the first main branch, and a second auxiliary branch having a second semiconductor switching element formed in parallel with the second main branch.
  • the mechanical switching elements are preferably designed as permanent main contacts.
  • a voltage-dependent resistor is arranged in parallel with the first and/or the second auxiliary branch or in parallel with the first and/or second semiconductor switching element.
  • the voltage-dependent resistor is preferably designed as a varistor.
  • the on-load tap changer is designed in such a way that when the switching is carried out during the actuation of the first selector arm and/or the second selector arm, none of the semiconductor switching elements is activated.
  • the on-load tap changer is formed in such a way that switching elements, the first selector arm and the second selector arm contact different fixed contacts when the switching is carried out while the semiconductors are being actuated.
  • the second control unit has an energy store that is charged when the first selector arm and the second selector arm contact different, adjacent fixed contacts. Charging takes place via the step voltage applied between the first selector arm and the second selector arm in the described position.
  • the energy store provides the energy required to actuate the semiconductor switching elements and to transmit the status reports from the second control unit to the first control unit.
  • the second control unit and thus also the semiconductor switching elements are thus operated independently by means of the applied voltage steps. An additional energy supply from the outside, for example by the first control unit, is therefore not required.
  • the energy store is preferably formed from ceramic capacitors and accordingly has a high temperature resistance. Since it is constantly being recharged while the second control unit and the semiconductor switching elements are being actuated, it only has to absorb peak loads that occur. A switched-mode power supply with an extremely wide input voltage range that still works even with low step voltages is preferably used to charge the energy store.
  • the second control unit is preferably set up to monitor the charging of the energy store by measuring the voltage at one of the analog inputs and to transmit an “OK” status message to the first control unit when the energy store is fully charged.
  • the first control unit is preferably set up to return the motor drive to the starting position if the status report is not received within a predetermined time.
  • the semiconductor switching elements are in the form of IGBT switching elements and/or thyristors and/or JFET switching elements and/or MOSFET switching elements and/or integrated gate commutated thyristors (IGCT).
  • the semiconductor switching elements are preferably in the form of an IGBT with diodes in a bridge circuit, particularly preferably with diodes in a Graetz circuit.
  • the first control unit can be arranged above the motor drive relative to a longitudinal axis L of the on-load tap changer and the second control unit can be arranged below the diverter switch relative to the longitudinal axis L of the on-load tap changer.
  • the first control unit is preferably arranged outside of a housing of the stepped transformer.
  • the motor drive and/or the semiconductor switching elements and/or the second control unit can be arranged outside or inside the transformer housing.
  • the on-load tap changer additionally comprises a second and third diverter switch, a second and third selector, and a second and third second control unit for a second and third phase of the tapped transformer to be regulated.
  • the plurality of semiconductor switching elements of each diverter switch are each assigned to a second control unit.
  • the first control unit is set up to trigger a switching command and to actuate the first selector arm and the second selector arm of each selector and the plurality of mechanical switching elements of each diverter switch by means of a motor drive.
  • Each second control unit is directed to actuate the plurality of semiconductor switching elements of the diverter switch assigned to it. The first control unit actuates the motor during the switchover depending on every second control unit.
  • the on-load tap changer for a second and third phase of the tapped transformer to be regulated additionally comprises a second and third motor drive, a second and third diverter switch, a second and third selector, and a second and third second control unit.
  • Each motor drive is assigned a selector, ie a first selector arm and a second selector arm, and a plurality of mechanical switching elements of the diverter switch for actuation. The assignment is mechanical, for example via a drive shaft and a gear.
  • the plurality of semiconductor switching elements of each diverter switch are each assigned to a second control unit.
  • the first control unit is set up to trigger a switching command and to actuate each motor drive, and thus also the respectively assigned first selector arm and second selector arm and the respectively assigned plurality of mechanical switching elements.
  • Each second control unit is set up to actuate the plurality of semiconductor switching elements assigned to it. In this case, the first control unit actuates each motor drive as a function of each second control unit during the switchover.
  • a method for actuating an on-load tap changer that is designed according to the first aspect of the improved concept is specified.
  • none of the semiconductor switching elements is activated during the actuation of the first selector arm and/or the second selector arm.
  • the method comprises the further steps:
  • the actuation of the mechanical switching elements, the selector arms and the semiconductor switching elements after the switching command has been generated comprises the following steps
  • the first semiconductor switching element is switched off as a function of the time profile of the current. Switching off preferably takes place when the current passes through zero.
  • the switchover is continued in any case, independently of the status report from the second control unit.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an on-load tap changer in a schematic representation
  • FIG. 2 shows an exemplary, schematic arrangement of an exemplary embodiment of an on-load tap changer according to the improved concept in a tapped transformer
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an on-load tap changer according to the improved concept
  • FIGS. 4a to 4m show an exemplary switching sequence of the on-load tap changer from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows an exemplary, schematic arrangement of a further exemplary embodiment of an on-load tap changer according to the improved concept in a tapped transformer.
  • an exemplary embodiment of an on-load tap changer 10 for a tapped transformer 20 is shown schematically.
  • the tapped transformer 20 has a main winding 21 and a control winding 22 with different winding taps Ni, ..., Nj, ..., N N , which is switched on or off by the on-load tap changer 10 who the.
  • the on-load tap changer 10 includes a selector 11, which can contact the different winding taps Ni, ..., Nj, ..., N N N of the control winding 22 by means of two movable selector contacts, and a diverter switch 12, which is the actual diverter switch from the currently connected to the new, preselected winding tap.
  • the load current flows from the currently connected winding tap Nj or Nj +i via the respective selector contact and the diverter switch 40 to a load dissipation 17.
  • FIG. 2 shows an exemplary, schematic arrangement of an exemplary embodiment of an on-load tap changer based on the improved concept in a tapped transformer.
  • the on-load tap changer 10 has a selector 11 for power-free preselection of the fixed contacts (not shown), a diverter switch 12 for carrying out the actual diverter switching by means of a plurality of mechanical switching elements and semiconductor switching elements (not shown), a motor drive 13, a first control unit 14 and a second Control unit 15 on.
  • the on-load tap changer 10 has three sensors that are arranged in the diverter switch 40 .
  • the two sensors 51 and 52 are voltage sensors and are designed to transmit the measured values M1 and M2, which represent the voltage drop across the semiconductor switching elements, to the second control unit 15.
  • the third sensor 53 is a current sensor and is designed to transmit the third measured value M3, which represents the time profile of the current at the semiconductor switching elements, to the second control unit 15.
  • the second control unit 15 includes an energy store 18 which is directly attached to the second control unit 15 .
  • the first control unit 14 is related to a longitudinal axis L of the on-load tap changer 10 arranged above the motor drive 13 and outside of the transformer 20 stages. The remaining part of the on-load tap changer 10 is arranged within the tapped transformer 20, the second control unit 15 and the energy storage device 18 being arranged below the diverter switch 40 in relation to the longitudinal axis L.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an on-load tap changer according to the improved concept.
  • the on-load tap changer 10 comprises at least a first fixed contact 11 and a second fixed contact 12, each of which can be connected to a winding tap of the control winding 22 of the tapped transformer 20.
  • the total number of fixed contacts depends on the number of winding taps.
  • Each fixed contact 11, 12 has a first contact surface and a second contact surface.
  • the on-load tap changer 10 comprises a selector with a first selector arm 31 and a second selector arm 32, which can be actuated independently of one another and can contact each of the fixed contacts.
  • the first movable contact 31 can contact the first contact surfaces of the fixed contacts 11, 12, but not the second contact surfaces.
  • FIG. 3 shows a schematic sketch of an exemplary embodiment of the load step switch; in particular, the arrangement of the contact surfaces opposite one another is not absolutely necessary.
  • the on-load tap changer 10 also includes a diverter switch 40 for performing the actual diverter switch between the preselected fixed contacts 11, 12.
  • the diverter switch 40 has a total of four current branches.
  • a first main branch 41 connects the first selector arm 31 via a first mechanical switching element 43 to the load transfer line 17.
  • a second main branch 42 connects the second selector arm 32 via a second mechanical switching element 44 to the load transfer 17.
  • Parallel to the first main branch 41 is a first auxiliary branch 45 with a first semiconductor switching element 47 and parallel to the second main branch 42, a second auxiliary branch 46 with a second semiconductor switching element 48 is arranged.
  • a varistor 49 is provided in parallel with the first and the second auxiliary branch 45, 46 in each case.
  • the first sensor 51 designed as a voltage sensor
  • the second sensor 52 also designed as a voltage sensor
  • the third sensor 53 is arranged in the common derivative.
  • a first control unit 14 is set up to trigger a switching command and to actuate the first selector arm 31, the second selector arm 32 and the first and the second mechanical switching element 43, 44 by means of the motor drive (not shown).
  • a switching command is triggered to keep the primary voltage or the secondary voltage of the step transformer 20 in a predetermined voltage range.
  • a voltage regulator 50 is provided, for example, which monitors compliance with the predetermined voltage band.
  • a second control unit 15 of the on-load tap changer 10 is set up to activate the first and the second semiconductor switching element 47, 48.
  • the second control unit 15 includes an energy store (not shown), which is charged via the voltage difference that occurs between the first selector arm 31 and the second selector arm 32 when they make contact with different, adjacent fixed contacts 11 , 12 .
  • the first control unit 14 receives from the second unit 15 Steuerein status reports S, depending on which they operated the motor drive (not provided is shown).
  • the on-load tap changer 10 is in a stationary position.
  • the first and the second selector arm 31, 32 are both on the fixed contact 11, so that the second control unit 15 is de-energized and thus the semiconductor switching elements 45 and 46 are deactivated.
  • the load current IL flows in equal parts from the contacted fixed contact 11 via the two selector arms 31, 32, the first and the second main branch 41, 42 and the closed mechanical switching elements 43 and 44 to the load output line 17.
  • FIGS. 4a to 4m An exemplary switching sequence of the on-load tap changer from FIG. 3 is shown in FIGS. 4a to 4m.
  • the second selector arm 32 is moved from the first fixed contact 11 to the two th fixed contact 12 ( Figure 4b).
  • the two selector arms 31, 32 are now on different fixed contacts 11, 12 and the motor drive 13 stops.
  • the energy store (not shown) is now charged by the step voltage USP and the second control unit 15 is thus supplied with energy for actuating the semiconductor switching elements 45 and 46 .
  • the second control unit 15 sends a status message S "OK" to the first control unit 14. If this signal does not arrive within a specified time, for example 50 ms, the first control unit 14 causes the motor drive 13 to return to the starting position.
  • the first semiconductor switching element 47 is switched on by the second control unit 15 in the next step, shown in FIG. 4d. No current worth mentioning flows through this at this moment, since the volume resistance of the first semiconductor switching element 47 is significantly greater than that of the first mechanical switching element 43.
  • the first control unit 14 actuates the motor drive 13 again and the first mechanical switching contact 43 is then opened (FIGS. 4e and 4f). Thereafter, the motor drive 13 is stopped again.
  • the steps shown in FIGS. 4d to 4f are monitored by the second control unit 15 using the first voltage sensor 51.
  • FIG. The first voltage sensor 51 measures the voltage drop across the first flicker switching element 47 and transmits this first measured value M1 to the second control unit 15.
  • the second control unit 16 transmits the status message S "OK" to the first control unit 14 and the shifting process is continued properly.
  • the first semiconductor switching element 47 is defective, an arc occurs when the first mechanical switching contact 43 opens. The voltage would then be many times greater and amount to 20 volts, for example.
  • the second control unit 16 sends the status message S "Error" to the first control unit 14, whereupon the first control unit 14 causes the motor drive 13 to return to the starting position.
  • the second control unit 15 uses the current sensor 53 to monitor the time profile of the current at the first semiconductor switching element 47 .
  • the first semiconductor switching element 47 is switched off when the current passes through zero (FIG. 4g).
  • the turn-off process of the first semiconductor switching element 47 is monitored by the second control unit 15 using the first voltage sensor 51 .
  • the load current continues to flow via the varistors 49, which are arranged in parallel with the semiconductor switching elements 47 and 48, as shown in FIG. 4h.
  • the voltage drop across the first semiconductor switching element 47 rises sharply, specifically to the forward voltage of the varistors, which is several 100V.
  • the second control unit 15 monitors whether the voltage exceeds a defined threshold of 50V, for example, within a specified time. If this is the case, the second control unit 15 transmits the status message S "OK" to the first control unit 14 and the shifting process is continued properly. Otherwise, if the voltage remains below the specified limit value, this is an indication that the first semiconductor switching element 47 has failed to switch off, and the second control unit 16 sends the status message S "Error" to the first control unit 14, whereupon the first control unit 14 switches off the motor drive 13 caused to return to the starting position.
  • the second control unit 15 immediately turns on the second semiconductor switching element 48 .
  • This step is also monitored again by the second control unit 15 by using the second voltage sensor 52 to measure the voltage drop across the second semiconductor switching element 48 . If the voltage falls to the forward voltage of the second semiconductor switching element 48 in the amount of a few volts, then the turn-on was successful and the load current flows through the second auxiliary branch 46, as shown in Figure 4i.
  • the second control unit 15 monitors whether the voltage dropping across the second semiconductor switching element 48 falls below a defined threshold of, for example, 50V within a specified time. If this is the case, the second control unit 15 transmits the status message S "OK" to the first control unit 14 and the switching process is continued properly. If this is not the case, the second control unit 15 detects an error and sends the status message S "Error" to the first control unit 14. From this point in time, however, the switching process is no longer aborted, since the load switching process is already half complete and on Reversing to the starting position would require greater control effort.
  • the first control unit 14 causes the motor drive 13 to continue to run in order to complete the switching.
  • the second mechanical switching element 44 is closed ( Figure 4j).
  • the second control unit 15 then switches off the second semiconductor switching element 48 (FIG. 4k). This can be done, for example, based on the detection of a reduction in the voltage drop across the second semiconductor switching element 48 as a result of the closing of the second mechanical switching element 44 .
  • the switch-off time is not critical, since the switch-off takes place at the latest after the second control unit 15 is no longer supplied with voltage and the voltage of the energy store has dropped.
  • FIG. 5 shows an exemplary, schematic arrangement of a further exemplary embodiment of an on-load tap changer according to the improved concept in a step transformer.
  • the on-load tap changer 10 for a second and third phase to be controlled (not shown) of the tapped transformer 20 additionally comprises a second and third motor drive 13, a second and third diverter switch 40, a second and third selector 30, and a second and third second Control unit 15, each with an energy store 18.
  • Each motor drive 13 is assigned a selector 40, i.e. a first selector arm and a second selector arm (not shown), as well as a plurality of mechanical switching elements (not shown) of the diverter switch 40 for actuation .
  • the plurality of semiconductor switching elements (not shown) of each load changeover switch 40 are each associated with a second control unit 15 .
  • a central, first control unit 14 is provided for all three phases, which is designed to trigger a switching command and to actuate each motor drive 13 depending on the respective second control unit 15 assigned to the corresponding phase.

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  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (N1, …, NJ, …, NN) eines Stufentransformators (20), umfassend: einen Lastumschalter (40) zur Durchführung einer Umschaltung von einem ersten Festkontakt (11) auf einen zweiten Festkontakt (12) des Laststufenschalters (10), einen Wähler (30) zum leistungslosen Vorwählen der Festkontakte (11, 12), eine erste Steuereinheit (14), wobei der Lastumschalter (40) für die Umschaltung eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (47, 48) und eine Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44) aufweist, der Wähler (30) einen ersten Wählerarm (31) und einen zweiten Wählerarm (32) aufweist, die unabhängig voneinander betätigbar sind und jeden der Festkontakte kontaktieren können, die erste Steuereinheit (14) dazu eingerichtet ist, einen Schaltbefehl auszulösen und den ersten Wählerarm (31) und den zweiten Wählerarm (32) und die Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44) mittels eines Motorantriebes (13) zu betätigen, wobei der Laststufenschalter (10) eine zweite Steuereinheit (15) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (47, 48) zu betätigen, wobei während der Umschaltung die erste Steuereinheit (14) den Motorantrieb (13) in Abhängigkeit von der zweiten Steuereinheit (14) betätigt.

Description

LASTSTUFENSCHALTER UND VERFAHREN ZUR BETÄTIGUNG EINES
LASTSTUFENSCHALTERS
Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwi schen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators unter Last.
Der Laststufenschalter besteht aus einem mechanischen Stufenwähler zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter mit Halbleiterschaltelementen als Schaltmittel zur eigentlichen unterbre chungslosen Umschaltung von der bisherigen auf die vorab angewählte, neue Wicklungs anzapfung unter Last.
Laststufenschalter dieser Art werden üblicherweise auch als Hybrid-Stufenschalter be zeichnet, weil sie neben den leistungselektronischen Schaltmitteln auch mechanische Kon takte aufweisen.
Aus der EP 2319058 B1 ist ein solcher Hybrid-Stufenschalter bekannt. Dieser weist zwei Lastzweige auf, die jeweils eine Wicklungsanzapfung über einen mechanischen Schalter und eine in Reihe dazu angeordnete Reihenschaltung aus zwei entgegengesetzt geschal teten IGBT’s mit einer gemeinsamen Lastableitung verbinden. Parallel zu jedem IGBT ist eine Diode vorgesehen. Parallel zu jedem einzelnen IGBT ist wiederum jeweils ein Varistor vorgesehen. Im stationären Betrieb wird jeder der Lastzweige mit einem mechanischen Dauerhauptkontakt überbrückt. Die IGBT's beider Seiten werden durch einen gemeinsa men IGBT-Treiber angesteuert. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Stufenschalter keine Überwachungsfunktion besitzt, derart, dass die mechanischen Schaltkontakte auch nur dann betätigt werden, wenn die Funktionsfähigkeit der Halbleiterschaltelemente sicher gestellt wurde. Fällt der IGBT einer Seite unbemerkt aus und der Umschaltvorgang wird fortgeführt, so kommt es zu einem Stufenkurzschluss, welcher schwerwiegende, zerstöre rische Folgen für den Stufenschalter und den Stufentransformator hat.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für einen Hybrid-Stufenschalter anzugeben, durch welches ein störungsfreier und sicherer Betrieb des hybriden Laststufenschalters ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die Halbleiterschaltelemente mit einer eige nen Steuereinheit zu versehen, welche mit einerweiteren Steuereinheit, welche die mecha nischen Schaltkontakte mittels eines Motorantriebes betätigt, derart zusammenwirkt, dass die mechanischen Schaltkontakte in Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit der Halbleiter schaltelemente betätigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzeptes wird ein Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransfor mators angegeben. Der Laststufenschalter umfasst einen Lastumschalter zur Durchführung einer Umschaltung von einem ersten Festkontakt auf einen zweiten Festkontakt des Last stufenschalters, einen Wähler zum leistungslosen Vorwählen der Festkontakte vor der ei gentlichen Umschaltung unter Last, eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit. Der Lastumschalter weist für die Umschaltung eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelemen ten und eine Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen auf. Der Wähler hat einen ers ten Wählerarm und einen zweiten Wählerarm, die unabhängig voneinander betätigbar sind und jeden der Festkontakte kontaktieren können. Jeder Festkontakt steht elektrisch mit ei ner Wicklungsanzapfung des Stufentransformators in Verbindung. Die gesamte Anzahl der Festkontakte ist von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen abhängig.
Die erste Steuereinheit ist dazu eingerichtet, einen Schaltbefehl auszulösen und in Abhän gigkeit davon den ersten Wählerarm, den zweiten Wählerarm und die Mehrzahl von me chanischen Schaltelementen mittels eines Motorantriebes zu betätigen. Die zweite Steuer einheit ist dazu eingerichtet, die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen zu betätigen. Während eines Umschaltvorganges des Laststufenschalters betätigt die erste Steuereinheit den Motorantrieb in Abhängigkeit von der zweiten Steuereinheit.
Dadurch wird sichergestellt, dass der Umschaltvorgang im Laststufenschalter und die Be tätigung der mechanischen Schaltelemente nur dann fortgesetzt beziehungsweise durch geführt wird, wenn die Halbleiterschaltelemente ordnungsgemäß betätigt wurden und somit keine Gefahr eines Stufenkurzschlusses besteht.
Der Motorantrieb kann als Gleichstrommotor, als bürstenloser Gleichstrommotor, als Ser vomotor, insbesondere Torquemotor ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Motorantrieb als Schrittmotor ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter einen ersten Sensor zur Messung eines ersten Messwertes, der den Spannungsabfall an einem ersten Halbleiterschaltelement sowie einen zweiten Sensor zur Messung eines zweiten Messwer tes, der den Spannungsabfall an einem zweiten Halbleiterschaltelement repräsentiert.
Der erste Sensor ist dazu eingerichtet, den ersten Messwert an die zweite Steuereinheit zu übermitteln. Der zweite Sensor ist dazu eingerichtet, den zweiten Messwert an die zweite Steuereinheit zu übermitteln. Die zweite Steuereinheit ist wiederum dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem ersten und/oder dem zweiten Messwert eine Statusmeldung an die erste Steuereinheit zu übermitteln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Steuereinheit dazu eingerichtet, die Statusmeldung „Fehler“ oder die Statusmeldung „OK“ zu übermitteln. Die Statusmel dung „Fehler“ repräsentiert, dass der Ein- oder Ausschaltvorgang des Halbleiterschaltele mentes nicht erfolgreich war, beispielsweise, weil das Halbleiterschaltelement defekt ist. Die Statusmeldung „OK“ repräsentiert, dass der Ein- oder Ausschaltvorgang des Halbleiter schaltelementes fehlerfrei durchgeführt wurde.
Die zweite Steuereinheit ist dazu eingerichtet die Statusmeldung „Fehler“ an die erste Steu ereinheit zu übermitteln, wenn der erste Sensor einen Messwert übermittelt, der einen zuvor festgelegten ersten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit überschreitet, der erste Sensor einen Messwert übermittelt, der einen zuvor festgelegten zweiten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht überschreitet, der zweite Sensor einen Messwert übermittelt, der einen zuvor festgelegten dritten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht unterschreitet, der erste und/oder der zweite Sensor innerhalb einer vorgegebenen Zeit keinen Mess wert übermittelt.
Andernfalls übermittelt die zweite Steuereinheit die Statusmeldung „OK“.
Der erste Grenzwert liegt bevorzugt zwischen 2 und 10 Volt, besonders bevorzugt beträgt der erste Grenzwert 5 Volt.
Der zweite Grenzwert liegt bevorzugt zwischen 40 und 80 Volt, besonders bevorzugt be trägt der zweite Grenzwert 50 Volt.
Der dritte Grenzwert liegt bevorzugt zwischen 40 und 80 Volt, besonders bevorzugt beträgt der dritte Grenzwert 50 Volt.
Bevorzugt ist die zweite Steuereinheit als Mikrocontroller ausgebildet und dazu eingerichtet, die Messwerte über Analog-Eingänge und/oder mittels Komparatoren zu erfassen und zu bewerten und in Abhängigkeit davon die Statusmeldungen auszugeben.
Bevorzugt ist die erste Steuereinheit ebenfalls als Mikrocontroller ausgebildet.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Sensor als Spannungsteiler mit zwei ohmschen Widerständen ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Steuereinheit dazu eingerichtet, die Statusmeldung von der zweiten Steuereinheit zu empfangen und in Abhängigkeit davon sowie in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt innerhalb des Umschaltvorganges, zu dem die Statusmeldung eingeht, entweder den Motorantrieb in die Ausgangsstellung zurück zu fah ren oder die Umschaltung fortzuführen. Letzteres bedeutet konkret, dass im weiteren Ver lauf der Umschaltung die mechanischen Schaltelemente des Lastumschalters und der erste und/oder zweite Wählerkontakt mittels des Motorantriebes beispielsweise über eine ge meinsame Antriebswelle betätigt werden.
Bevorzugt ist die erste Steuereinheit dazu eingerichtet, den Motorantrieb in die Ausgangs stellung zurück zu fahren, wenn
- der erste Sensor einen Messwert an die zweite Steuereinheit übermittelt, der den ers ten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit überschreitet,
- der erste Sensor einen Messwert an die zweite Steuereinheit übermittelt, der den zwei ten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht überschreitet,
- wenn der erste Sensor keinen Messwert an die zweite Steuereinheit innerhalb einer vorgegebenen Zeit übermittelt.
Bevorzugt ist die zweite Steuereinheit weiterhin dazu eingerichtet, den Motorantrieb zu betätigen und die Umschaltung fortzuführen, wenn der zweite Sensor einen Messwert an die zweite Steuereinheit übermittelt, der den drit ten Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht unterschreitet,
- wenn der zweite Sensor keinen Messwert an die zweite Steuereinheit innerhalb einer vorgegebenen Zeit übermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Übermittlung der Statusmeldung von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit über einen Lichtwellenleiter oder draht los, beispielsweise via Bluetooth oder Funk erfolgen. Der Lichtwellenleiter kann in Kunst stoff, beispielsweise in die Antriebswelle, eingegossen sein oder separat, ohne Umhüllung ausgebildet sein. Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter einen dritten Sensor zur Messung wenigstens eines dritten Messwertes, der den zeitlichen Ver lauf des Stromes an den Halbleiterschaltelementen repräsentiert. Der dritte Sensor ist als Stromsensor, insbesondere als Wechselstromsensor ausgebildet.
Der dritte Sensor ist dazu eingerichtet, den dritten Messwert an die zweite Steuereinheit zu übermitteln. Die zweite Steuereinheit ist wiederum dazu eingerichtet, die Halbleiterschalt elemente in Abhängigkeit von dem dritten Messwert abzuschalten. In Abhängigkeit von dem dritten Messwert bedeutet hier konkret, in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf des Stromes, der über die Halbleiterschaltelemente fließt. Bevorzugt erfolgt das Abschalten im Strom- Nulldurchgang.
Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lastumschalter einen ers ten Hauptzweig, der den ersten Wählerarm über ein erstes mechanisches Schaltelement mit einer Lastableitung verbindet, einen zweiten Hauptzweig, der den zweiten Wählerarm über ein zweites mechanisches Schaltelement mit der Lastableitung verbindet, sowie einen ersten Hilfszweig mit einem ersten Halbleiterschaltelement, der parallel zum ersten Haupt zweig ausgebildet ist, und einen zweiten Hilfszweig mit einem zweiten Halbleiterschaltele ment, der parallel zum zweiten Hauptzweig ausgebildet ist, auf.
Bevorzugt sind die mechanischen Schaltelemente als Dauerhauptkontakte ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist parallel zu dem ersten und/oder dem zweiten Hilfszweig beziehungsweise parallel zu dem ersten und/oder zweiten Halbleiterschaltele ment ein spannungsabhängiger Widerstand angeordnet. Bevorzugt ist der spannungsab hängige Widerstand als Varistor ausgebildet.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist der Laststufenschalter derart aus geb, ildet, dass bei der Durchführung der Umschaltung während der Betätigung des ersten Wählerarmes und/oder des zweiten Wählerarmes keines der Halbleiterschaltelemente ak tiviert ist.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist der Laststufenschalter derart ausge bildet, dass bei der Durchführung der Umschaltung während der Betätigung der Halbleiter schaltelemente, der erste Wählerarm und der zweite Wählerarm unterschiedliche Festkon takte kontaktieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite Steuereinheit einen Energie speicher auf, der aufgeladen wird, wenn der erste Wählerarm und der zweite Wählerarm unterschiedliche, benachbarte Festkontakte kontaktieren. Die Aufladung erfolgt über die zwischen dem ersten Wählerarm und dem zweiten Wählerarm in der beschriebenen Posi tion anliegende Stufenspannung. Der Energiespeicher liefert die erforderliche Energie für die Betätigung der Halbleiterschaltelemente und die Übermittlung der Statusmeldungen von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit. Somit werden die zweite Steuereinheit und damit auch die Halbleiterschaltelemente eigenständig mittels der anliegenden Stufen spannung betrieben. Eine zusätzliche Energieversorgung von außen, beispielsweise durch die erste Steuereinheit ist demnach nicht erforderlich.
Der Energiespeicher ist bevorzugt aus Kondensatoren aus Keramik ausgebildet und weist demnach eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Da er während der Betätigung der zwei ten Steuereinheit und der Halbleiterschaltelemente andauernd nachgeladen wird, muss er lediglich auftretende Lastspitzen abfedern. Zum Laden des Energiespeichers wird bevor zugt ein Schaltnetzteil mit extrem weitem Eingangsspannungsbereich verwendet, das auch bei niedrigen Stufenspannungen noch funktioniert.
Bevorzugt ist die zweite Steuereinheit dazu eingerichtet, das Aufladen des Energiespei chers über Spannungsmessung an einem der Analog-Eingänge zu überwachen und eine Statusmeldung „OK“ an die erste Steuereinheit zu übermitteln, wenn der Energiespeicher vollständig geladen ist. Bevorzugt ist die erste Steuereinheit dazu eingerichtet, den Motor antrieb in die Ausgangsstellung zurück zu fahren, wenn die Statusmeldung nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit eingeht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterschaltelemente als IGBT- Schaltelemente und/oder als Thyristoren und/oder als JFET-Schaltelemente und/oder als MOSFET-Schaltelemente und/oder als Integrated Gate Commutated Thyristoren (IGCT) ausgebildet. Bevorzugt sind die Halbleiterschaltelemente als jeweils ein IGBT mit Dioden in Brückenschaltung, besonders bevorzugt mit Dioden in Graetzschaltung ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Steuereinheit bezogen auf eine Längsachse L des Laststufenschalters oberhalb des Motorantriebes anordenbar und die zweite Steuereinheit bezogen auf die Längsachse L des Laststufenschalters unterhalb des Lastumschalters anordenbar.
Bevorzugt ist die erste Steuereinheit außerhalb eines Gehäuses des Stufentransformators angeordnet. Der Motorantrieb und/oder die Halbleiterschaltelemente und/oder die zweite Steuereinheit sind außerhalb oder innerhalb des Transformatorgehäuses anordenbar. Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter für eine zweite und dritte zu regelnde Phase des Stufentransformators zusätzlich einen zweiten und dritten Lastumschalter, einen zweiten und dritten Wähler, und eine zweite und dritte zweite Steuereinheit. Die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen eines jeden Lastumschalters sind jeweils einer zweiten Steuereinheit zugeordnet. Die erste Steuereinheit ist dazu einge richtet, einen Schaltbefehl auszulösen und den ersten Wählerarm und den zweiten Wähler arm jedes Wählers und die Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen jedes Lastum schalters mittels eines Motorantriebes zu betätigen. Jede zweite Steuereinheit ist dazu ein gerichtet, die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen des ihr zugeordneten Lastumschal ters zu betätigen. Dabei betätigt die erste Steuereinheit während der Umschaltung den Mo torantrieb in Abhängigkeit von jeder zweiten Steuereinheit.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter für eine zweite und dritte zu regelnde Phase des Stufentransformators zusätzlich einen zweiten und dritten Motorantrieb, einen zweiten und dritten Lastumschalter, einen zweiten und dritten Wähler, und eine zweite und dritte zweite Steuereinheit. Jedem Motorantrieb ist jeweils ein Wähler, also ein erster Wählerarm und ein zweiter Wählerarm, sowie jeweils eine Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen des Lastumschalters zur Betätigung zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt mechanisch, beispielsweise über eine Antriebswelle und ein Getriebe. Die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen eines jeden Lastumschalters sind jeweils einer zweiten Steuereinheit zugeordnet. Die erste Steuereinheit ist dazu eingerichtet, einen Schaltbefehl auszulösen und jeden Motorantrieb, und damit auch den jeweils zugeordneten ersten Wählerarm und zweiten Wählerarm sowie die jeweils zugeordnete Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen, zu betätigen. Jede zweite Steuereinheit ist dazu einge richtet, die ihr zugeordnete Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen zu betätigen. Dabei betätigt die erste Steuereinheit während der Umschaltung jeden Motorantrieb in Abhängig keit von jeder zweiten Steuereinheit.
Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzeptes wird ein Verfahren zur Betäti gung eines Laststufenschalters, der gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzep tes ausgebildet ist, angegeben.
Bezüglich dem Verfahren wird auf die vorangegangenen Erläuterungen, bevorzugten Merkmale und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie bereits zu dem ersten Aspekt des verbesserten Konzeptes oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Aus führungsformen erläutert worden ist. Das Verfahren umfasst die Schritte
Erzeugen eines Schaltbefehls zur Umschaltung von einem ersten Festkontakt auf ei nen zweiten Festkontakt des Laststufenschalters mittels einer ersten Steuereinheit, Betätigen eines oder einer Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen, eines ersten Wählerarmes und eines zweiten Wählerarmes mittels eines Motorantriebes und in Ab hängigkeit von der ersten Steuereinheit,
Betätigen eines oder einer Mehrzahl von Flalbleiterschaltelementen mittels einer zwei ten Steuereinheit,
- wobei die Betätigung des Motorantriebes mittels der ersten Steuereinheit während der Umschaltung in Abhängigkeit von der zweiten Steuereinheit erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist während der Betätigung des ersten Wähler armes und/oder des zweiten Wählerarmes, keines der Flalbleiterschaltelemente aktiviert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
- Messen wenigstens eines ersten Messwertes, der den Spannungsabfall an dem ersten Flalbleiterschaltelement repräsentiert, und Übermitteln des ersten Messwertes an die zweite Steuereinheit mittels eines ersten Sensors,
Messen wenigstens eines zweiten Messwertes, der den Spannungsabfall an dem zwei ten Flalbleiterschaltelement repräsentiert, und Übermitteln des zweiten Messwertes an die zweite Steuereinheit mittels eines zweiten Sensors,
Übermitteln einer Statusmeldung an die erste Steuereinheit in Abhängigkeit von dem ersten Messwert und/oder dem zweiten Messwert mittels der zweiten Steuereinheit, Betätigen des Motorantriebes in Abhängigkeit von der Statusmeldung mittels der ers ten Steuereinheit.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst das Betätigen der mechani schen Schaltelemente, der Wählerarme und der Flalbleiterschaltelemente nach dem Er zeugen des Schaltbefehls die folgenden Schritte
Öffnen des zweiten mechanischen Schaltelementes und Umschalten des zweiten Wählerarmes auf den zweiten Festkontakt mittels des Motorantriebes,
Aufladen des Energiespeichers der zweiten Steuereinheit,
Einschalten des ersten Flalbleiterschaltelements mittels der zweiten Steuereinheit, Öffnen des ersten mechanischen Schaltelements mittels des Motorantriebes, Abschalten des ersten Flalbleiterschaltelements mittels der zweiten Steuereinheit, Einschalten des zweiten Flalbleiterschaltelements mittels der zweiten Steuereinheit, Schließen des zweiten mechanischen Schaltelements mittels des Motorantriebes, Abschalten des zweiten Halbleiterschaltelements mittels der zweiten Steuereinheit, Umschalten des ersten Wählerarmes von dem ersten Festkontakt auf den zweiten Festkontakt,
Schließen des ersten mechanischen Schaltelementes.
Gemäß zumindest einerweiteren Ausführungsform erfolgt das Abschalten des ersten Halb leiterschaltelementes in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des Stromes. Bevorzugt erfolgt das Abschalten im Strom-Nulldurchgang.
Gemäß zumindest einerweiteren Ausführungsform wird nach dem Einschalten des zweiten Halbleiterelements die Umschaltung unabhängig von der Statusmeldung der zweiten Steu ereinheit in jedem Fall fortgeführt.
Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen des Verfahrens ergeben sich un mittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Stufenschalters. Insbesondere können einzelne oder mehrere der bezüglich des Stufenschalters beschriebenen Kompo nenten und/oder Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens entsprechend implemen tiert sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Um ständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen
Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 eine beispielhafte, schematische Anordnung einer beispielhaften Aus führungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Kon zept in einem Stufentransformator;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer bespielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
Figur 4a bis 4m ein beispielhafter Schaltablauf des Laststufenschalters aus Figur 3; Figur 5 eine beispielhafte, schematische Anordnung einer weiteren beispiel haften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbes serten Konzept in einem Stufentransformator.
Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Er findung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
In Figur 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Laststufenschalters 10 für einen Stufentransformator 20 schematisch dargestellt. Der Stufentransformator 20 weist eine Stammwicklung 21 und eine Regelwicklung 22 mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfun gen Ni, ..., Nj, ..., NN auf, die durch den Laststufenschalter 10 zu- bzw. abgeschaltet wer den. Dafür umfasst der Laststufenschalter 10 einen Wähler 11 , der mittels zwei beweglicher Wählerkontakte die unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen Ni, ..., Nj, ..., NN der Regel wicklung 22 kontaktieren kann, und einen Lastumschalter 12, der die eigentliche Lastum- schaltung von der aktuell beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung durchführt. Der Laststrom fließt von der aktuell beschalteten Wicklungsanzapfung Nj oder Nj+i über den jeweiligen Wählerkontakt und den Lastumschalter 40 zu einer Lastableitung 17.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte, schematische Anordnung einer beispielhaften Ausfüh rungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept in einem Stufentrans formator.
Der Laststufenschalter 10 weist einen Wähler 11 zum leistungslosen Vorwählen der Fest kontakte (nicht dargestellt), einen Lastumschalter 12 zur Durchführung der eigentlichen Lastumschaltung mittels einer Mehrzahl mechanischer Schaltelemente und Halbleiter schaltelemente (nicht dargestellt), einen Motorantrieb 13, eine erste Steuereinheit 14 und eine zweite Steuereinheit 15 auf. Außerdem hat der Laststufenschalter 10 drei Sensoren, die im Lastumschalter 40 angeordnet sind. Die beiden Sensoren 51 und 52 sind Span nungssensoren und dazu ausgebildet, die Messwerte M1 und M2, die den Spannungsabfall an den Flalbleiterschaltelementen repräsentieren, an die zweite Steuereinheit 15 zu über mitteln. Der dritte Sensor 53 ist ein Stromsensor und dazu ausgebildet, den dritten Mess wert M3, der den zeitlichen Verlauf des Stromes an den Flalbleiterschaltelementen reprä sentiert, an die zweite Steuereinheit 15 zu übermitteln. Weiterhin umfasst die zweite Steu ereinheit 15 einen Energiespeicher 18, der direkt an der zweiten Steuereinheit 15 angeord net ist. In diesem Beispiel ist die erste Steuereinheit 14 bezogen auf eine Längsachse L des Laststufenschalters 10 oberhalb des Motorantriebes 13 und außerhalb des Stufen transformators 20 angeordnet. Der restliche Teil des Laststufenschalters 10 ist innerhalb des Stufentransformators 20 angeordnet, wobei die zweite Steuereinheit 15 und der Ener giespeicher 18 bezogen auf die Längsachse L unterhalb des Lastumschalters 40 angeord net sind.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer bespielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept.
Gemäß dem verbesserten Konzept umfasst der Laststufenschalter 10 wenigstens einen ersten Festkontakt 11 und einen zweiten Festkontakt 12, die jeweils mit einer Wicklungs anzapfung der Regelwicklung 22 des Stufentransformators 20 verbunden werden können. Die gesamte Anzahl der Festkontakte ist von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen ab hängig. Jeder Festkontakt 11 , 12 weist eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontakt fläche auf. Weiterhin umfasst der Laststufenschalter 10 einen Wähler mit einem ersten Wählerarm 31 und einem zweiten Wählerarm 32, die unabhängig voneinander betätigbar sind und jeden der Festkontakte kontaktieren können. Dabei kann der erste bewegliche Kontakt 31 die ersten Kontaktflächen der Festkontakte 11 , 12 kontaktieren, nicht aber die zweiten Kontaktflächen. Entsprechend kann der zweite bewegliche Kontakt 32 die zweiten Kontaktflächen der Festkontakte 11 , 12 kontaktieren, nicht aber die ersten Kontaktflächen. Figur 3 stellt eine schematische Skizze einer beispielhaften Ausführungsform des Laststu fenschalters dar, insbesondere ist die Anordnung der Kontaktflächen gegenübereinander nicht zwingend erforderlich.
Der Laststufenschalter 10 umfasst weiterhin einen Lastumschalter 40 zur Durchführung der eigentlichen Lastumschaltung zwischen den vorgewählten Festkontakten 11 , 12. Der Las tumschalter 40 weist insgesamt vier Stromzweige auf. Ein erster Flauptzweig 41 verbindet den ersten Wählerarm 31 über ein erstes mechanisches Schaltelement 43 mit der Lastab leitung 17. Ein zweite Flauptzweig 42 verbindet den zweiten Wählerarm 32 über ein zweites mechanisches Schaltelement 44 mit der Lastableitung 17. Parallel zum ersten Flauptzweig 41 ist ein erster Hilfszweig 45 mit einem ersten Halbleiterschaltelement 47 und parallel zum zweiten Hauptzweig 42 ein zweiter Hilfszweig 46 mit einen zweiten Halbleiterschaltelement 48 angeordnet. Weiterhin ist parallel zu dem ersten und dem zweiten Hilfszweig 45, 46 jeweils ein Varistor 49 vorgesehen.
Der erste, als Spannungssensor ausgebildete Sensor 51 ist parallel zu dem ersten mecha- nischen Schaltelement 43 angeordnet. Entsprechend ist der zweite, ebenfalls als Span nungssensor ausgebildete Sensor 52 parallel zu dem zweiten mechanischen Schaltele ment 44 angeordnet. Der dritte, als Stromsensor ausgebildete Sensor 53 ist in der gemein samen Ableitung angeordnet.
Zur Betätigung des Laststufenschalters 10 sind zwei Steuereinheiten vorgesehen. Eine erste Steuereinheit 14 ist dazu eingerichtet, einen Schaltbefehl auszulösen und den ersten Wählerarm 31 , den zweiten Wählerarm 32 sowie das erste und das zweite mechanische Schaltelement 43, 44 mittels des Motorantriebes (nicht dargestellt) zu betätigen. Ein Schalt befehl wird ausgelöst, um die Primärspannung oder die Sekundärspannung des Stufen transformators 20 in einem vorbestimmten Spannungsband zu halten. Hierfür ist beispiels weise ein Spannungsregler 50 vorgesehen, der die Einhaltung des vorbestimmten Span nungsbandes überwacht. Weiterhin ist eine zweite Steuereinheit 15 des Laststufenschal ters 10 dazu eingerichtet, das erste und das zweite Halbleiterschaltelement 47, 48 zu betä tigen. Hierfür umfasst die zweite Steuereinheit 15 einen Energiespeicher (nicht dargestellt), der über die Spannungsdifferenz, die zwischen dem ersten Wählerarm 31 und dem zweiten Wählerarm 32 auftritt, wenn diese unterschiedliche, benachbarte Festkontakte 11 , 12 kon taktieren, aufgeladen wird. Die erste Steuereinheit 14 empfängt von der zweiten Steuerein heit 15 Statusmeldungen S, in Abhängigkeit von welchen sie den Motorantrieb (nicht dar gestellt) betätigt.
In der Darstellung in Figur 3 befindet sich der Laststufenschalter 10 in einer stationären Stellung. Der erste und der zweite Wählerarm 31 , 32 befinden sich beide auf dem Festkon takt 11 , sodass die zweite Steuereinheit 15 stromlos ist und damit die Halbleiterschaltele- ente 45 und 46 deaktiviert. Der Laststrom IL fließt zu gleichen Teilen von dem kontaktierten Festkontakt 11 über die beiden Wählerarme 31 , 32, den ersten und den zweiten Haupt zweig 41 , 42 und die geschlossenen mechanischen Schaltelemente 43 und 44 zur Lastab leitung 17.
In den Figuren 4a bis 4m ist ein beispielhafter Schaltablauf des Laststufenschalters aus Figur 3 dargestellt.
Nachdem die erste Steuereinheit 14 einen Schaltbefehl erzeugt hat wird der Motorantrieb betätigt und dadurch zunächst der zweite mechanische Kontakt 44 geöffnet (Figur 4a).
Anschließend wird der zweite Wählerarm 32 von dem ersten Festkontakt 11 auf den zwei ten Festkontakt 12 bewegt (Figur 4b). In Figur 4c befinden sich die beiden Wählerarme 31 , 32 nun auf unterschiedlichen Festkon takten 11 , 12 und der Motorantrieb 13 stoppt. Der Energiespeicher (nicht dargestellt) wird nun durch die Stufenspannung USP aufgeladen und somit die zweite Steuereinheit 15 mit Energie zur Betätigung der Flalbleiterschaltelemente 45 und 46 versorgt. Nach dem Laden des Energiespeichers schickt die zweite Steuereinheit 15 eine Statusmeldung S „OK“ an die erste Steuereinheit 14. Wenn dieses Signal nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise 50 ms eintrifft, veranlasst die erste Steuereinheit 14 den Motorantrieb 13 in die Ausgangsstellung zurückzufahren.
Wird der Umschaltvorgang ordnungsgemäß fortgeführt, so wird im nächsten Schritt, abge bildet in Figur 4d, das erste Flalbleiterschaltelement 47 durch die zweite Steuereinheit 15 eingeschaltet. Über dieses fließt in diesem Moment kein nennenswerter Strom, da der Durchgangswiderstand des ersten Flalbleiterschaltelementes 47 wesentlich größer ist als der des ersten mechanischen Schaltelementes 43.
Zeitgleich betätigt die erste Steuereinheit 14 wieder den Motorantrieb 13 und der erste me chanische Schaltkontakt 43 wird daraufhin geöffnet (Figuren 4e und 4f). Danach wird der Motorantrieb 13 wieder gestoppt.
Die in den Figuren 4d bis 4f gezeigten Schritte werden von der zweiten Steuereinheit 15 mittels des ersten Spannungssensors 51 überwacht. Der erste Spannungssensor 51 misst die an dem ersten Flalbleiterschaltelement 47 abfallende Spannung und übermittelt diesen ersten Messwert M1 an die zweite Steuereinheit 15. Wenn der Laststrom über das erste Flalbleiterschaltelement 47 fließt, dann beträgt die Spannung nur einige Volt, beispielsweise maximal 5 Volt. In diesem Fall übermittelt die zweite Steuereinheit 16 die Statusmeldung S „OK“ an die erste Steuereinheit 14 und der Schaltvorgang wird ordnungsgemäß fortgeführt. Wenn das erste Flalbleiterschaltelement 47 jedoch defekt ist, dann tritt beim Öffnen des ersten mechanischen Schaltkontaktes 43 ein Lichtbogen auf. Die Spannung würde dann um Vielfaches größer sein und beispielsweise 20 Volt betragen. In diesem Fall sendet die zweite Steuereinheit 16 die Statusmeldung S „Fehler“ an die erste Steuereinheit 14, wo raufhin die erste Steuereinheit 14 den Motorantrieb 13 veranlasst, in die Ausgangsstellung zurück zu fahren.
Wird der Schaltvorgang ordnungsgemäß fortgeführt, so wird in einem nächsten Schritt (Fi gur 4g) von der zweiten Steuereinheit 15 mittels des Stromsensors 53 der zeitliche Verlauf des Stromes an dem ersten Flalbleiterschaltelement 47 überwacht. Das Abschalten des ersten Flalbleiterschaltelementes 47 erfolgt im Stromnulldurgang (Figur 4g). Der Abschaltvorgang des ersten Halbleiterschaltelementes 47 wird von der zweiten Steu ereinheit 15 mittels des ersten Spannungssensors 51 überwacht. Wenn das erste Halb leiterschaltelement 47 ordnungsgemäß abgeschaltet hat, dann fließt der Laststrom über die jeweils parallel zu den Halbleiterschaltelementen 47 und 48 angeordneten Varistoren 49 weiter, wie in Figur 4h gezeigt. Dadurch steigt der Spannungsabfall an dem ersten Halb leiterschaltelement 47 stark an, und zwar auf die Durchlass-Spannung der Varistoren, die mehrere 100V beträgt. Die zweite Steuereinheit 15 überwacht, ob die Spannung innerhalb festgelegter Zeit eine definierte Schwelle von beispielsweise 50V überschreitet. Ist dies der Fall, so übermittelt die zweite Steuereinheit 15 die Statusmeldung S „OK“ an die erste Steu ereinheit 14 und der Schaltvorgang wird ordnungsgemäß fortgeführt. Andernfalls, wenn die Spannung unterhalb des festgelegten Grenzwertes bleibt, ist dies ein Indiz für das Abschalt versagen des ersten Halbleiterschaltelementes 47 und die zweite Steuereinheit 16 sendet die Statusmeldung S „Fehler“ an die erste Steuereinheit 14, woraufhin die erste Steuerein heit 14 den Motorantrieb 13 veranlasst, in die Ausgangsstellung zurück zu fahren.
War der Abschaltvorgang des ersten Halbleiterschaltelementes 47 erfolgreich, wird durch die zweite Steuereinheit 15 umgehend das zweite Halbleiterschaltelement 48 eingeschaltet.
Auch dieser Schritt wird wieder von der zweiten Steuereinheit 15 überwacht, indem mittels des zweiten Spannungssensors 52 der Spannungsabfall an dem zweiten Halbleiterschalt element 48 gemessen wird. Wenn die Spannung auf die Durchlass-Spannung des zweiten Halbleiterschaltelementes 48 in Höhe von einigen Volt fällt, dann war die Einschaltung er folgreich und der Laststrom fließt über den zweiten Hilfszweig 46, wie in Figur 4i gezeigt. Die zweite Steuereinheit 15 überwacht, ob die Spannung, die an dem zweiten Halbleiter schaltelement 48 abfällt, innerhalb einer festgelegten Zeit eine definierte Schwelle von bei spielsweise 50V unterschreitet. Ist dies der Fall, so übermittelt die zweite Steuereinheit 15 die Statusmeldung S „OK“ an die erste Steuereinheit 14 und der Schaltvorgang wird ord nungsgemäß fortgeführt. Ist dies nicht der Fall, erkennt die zweite Steuereinheit 15 einen Fehler und sendet die Statusmeldung S „Fehler“ an die erste Steuereinheit 14. Ab diesem Zeitpunkt wird der Umschaltvorgang jedoch nicht mehr abgebrochen, da der Vorgang der Lastumschaltung bereits zur Hälfte abgeschlossen ist und ein Umkehren in die Ausgangs position einen größeren Steuerungsaufwand erfordern würde.
Somit veranlasst die erste Steuereinheit 14 den Motorantrieb 13 weiterzufahren, um die Umschaltung abzuschließen. Dabei wird zunächst das zweite mechanische Schaltelement 44 geschlossen (Figur 4j). Anschließend schaltet die zweite Steuereinheit 15 das zweite Halbleiterschaltelement 48 aus (Figur 4k). Dies kann beispielsweise basierend auf der Detektion einer Reduzierung des Spannungsabfalls an dem zweiten Halbleiterschaltelement 48 infolge des Schließens des zweiten mechanischen Schaltelementes 44 erfolgen. Der Abschaltzeitpunkt ist jedoch unkritisch, da die Abschaltung spätestens erfolgt, nachdem die zweite Steuereinheit 15 nicht mehr mit Spannung versorgt wird und die Spannung des Energiespeichers abgesun ken ist.
Im nächsten Schritt wird infolge der weiteren Betätigung des Motorantriebes 13 der erste Wählerarm 31 von dem ersten Festkontakt 11 auf den zweiten Festkontakt 12 bewegt (Figur 4I).
Dadurch entfällt die Spannungsversorgung für die zweite Steuereinheit 14. Schließlich wird im weiteren Verlauf der Bewegung des Motorantriebes 13 auch das erste mechanische Schaltelement 43 wieder geschlossen (Figur 4m). Damit ist der Umschaltvorgang beendet. Der Laststufenschalter 10 befindet sich wieder in einer stationären Stellung, in der sich beide Wählerarme 31 , 32 auf dem Festkontakt 12 befinden.
Der Umschaltvorgang in umgekehrter Richtung erfolgt analog.
Figur 5 zeigt eine beispielhafte, schematische Anordnung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept in einem Stu fentransformator.
Bei dieser Ausführungsform umfasst der Laststufenschalter 10 für eine zweite und dritte zu regelnde Phase (nicht dargestellt) des Stufentransformators 20 zusätzlich einen zweiten und dritten Motorantrieb 13, einen zweiten und dritten Lastumschalter 40, einen zweiten und dritten Wähler 30, und eine zweite und dritte zweite Steuereinheit 15 mit jeweils einem Energiespeicher 18. Jedem Motorantrieb 13 ist jeweils ein Wähler 40, also ein erster Wäh lerarm und ein zweiter Wählerarm (nicht dargestellt), sowie jeweils eine Mehrzahl von me chanischen Schaltelementen (nicht dargestellt) des Lastumschalters 40 zur Betätigung zu geordnet. Die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (nicht dargestellt) eines jeden Las tumschalters 40 sind jeweils einer zweiten Steuereinheit 15 zugeordnet. Für alle drei Pha sen ist eine zentrale, erste Steuereinheit 14 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, einen Schaltbefehl auszulösen und jeden Motorantrieb 13 in Abhängigkeit von der jeweiligen, der entsprechenden Phase zugeordneten zweiten Steuereinheit 15 zu betätigen. Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer begleitenden Vor teile durch die vorstehende Beschreibung verstanden werden. Ferner ist es offensichtlich, dass verschiedene Änderungen an der Form, Konstruktion und Anordnung der Komponen ten vorgenommen werden können, ohne vom offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne auf alle materiellen Vorteile zu verzichten. Die beschriebene Ausführungsform ist le diglich erläuternd und solche Änderungen werden durch die nachstehenden Ansprüche mit umfasst. Weiterhin versteht es sich, dass die Erfindung durch die nachstehenden Ansprü che definiert ist.
BEZUGSZEICHEN
10 Laststufenschalter
11 erster Festkontakt
12 zweiter Festkontakt
13 Motorantrieb
14 erste Steuereinheit
15 zweite Steuereinheit
16 erster Festkontakt
17 Lastableitung
18 Energiespeicher 20 Stufentransformator 21 Stammwicklung 22 Regelwicklung
30 Wähler
31 erster Wählerarm
32 zweiter Wählerarm
40 Lastumschalter
41 erster Flauptzweig
42 zweiter Flauptzweig
43 erstes mechanisches Schaltelement
44 zweites mechanisches Schaltelement
45 erster Hilfszweig
46 zweiter Hilfszweig
47 erstes Flalbleiterschaltelement
48 zweites Flalbleiterschaltelement
49 spannungsabhängiger Widerstand 50 Spannungsregler
51 erster Sensor
52 zweiter Sensor
53 dritter Sensor (Ni, .... Nj, .... Nn) Wicklungsanzapfungen
S Statusmeldungen M1 erster Messwert M2 zweiter Messwert M3 dritter Messwert L Längsachse

Claims

ANSPRÜCHE
1. Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wick lungsanzapfungen (Ni, Nj, Nn) eines Stufentransformators (20), umfas send: einen Lastumschalter (40) zur Durchführung einer Umschaltung von einem ers ten Festkontakt (11) auf einen zweiten Festkontakt (12) des Laststufenschalters (10), einen Wähler (30) zum leistungslosen Vorwählen der Festkontakte (11 , 12), eine erste Steuereinheit (14), wobei der Lastumschalter (40) für die Umschaltung eine Mehrzahl von Halbleiter schaltelementen (47, 48) und eine Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44) aufweist, der Wähler (30) einen ersten Wählerarm (31 ) und einen zweiten Wählerarm (32) aufweist, die unabhängig voneinander betätigbar sind und jeden der Festkontakte kontaktieren können, die erste Steuereinheit (14) dazu eingerichtet ist, einen Schaltbefehl auszulösen und den ersten Wählerarm (31 ) und den zweiten Wählerarm (32) und die Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44) mittels eines Motorantriebes (13) zu betätigen, wobei der Laststufenschalter (10) eine zweite Steuereinheit (15) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Mehrzahl von Flalbleiterschaltelementen (47, 48) zu betätigen, wobei während der Umschaltung die erste Steuereinheit (14) den Motorantrieb (13) in Abhängigkeit von der zweiten Steuereinheit (14) betätigt.
2. Laststufenschalter (10) nach dem vorherigen Anspruch, weiterhin umfassend einen ersten Sensor (51) zur Messung eines ersten Messwertes M1 , der den Spannungsabfall an einem ersten Flalbleiterschaltelement (47) repräsentiert, einen zweiten Sensor (52) zur Messung eines zweiten Messwertes M2, der den Spannungsabfall an einem zweiten Flalbleiterschaltelement (48) repräsentiert, wobei der erste Sensor (51) dazu eingerichtet ist, den ersten Messwert M1 an die zweite Steuereinheit (15) zu übermitteln und der zweite Sensor (52) dazu einge richtet ist, den zweiten Messwert M2 an die zweite Steuereinheit (15) zu übermit teln, die zweite Steuereinheit (15) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem ers ten Messwert M1 und/oder dem zweiten Messwert M2 eine Statusmeldung S an die erste Steuereinheit (14) zu übermitteln.
3. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 2, wobei die erste Steuereinheit (14) dazu eingerichtet ist, die Statusmeldung S von der zweiten Steuereinheit (15) zu empfangen und in Abhängigkeit davon entweder den Motorantrieb (13) in die Ausgangsstellung zurückzu fahren oder die Umschaltung fortzuführen.
4. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 3, wobei die Übermittlung der Statusmeldung S über einen Lichtwellenleiter oder drahtlos erfolgen kann.
5. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfas send einen dritten Sensor (53) zur Messung wenigstens eines dritten Messwertes M3, der den zeitlichen Verlauf des Stromes an den Halbleiterschaltelementen (47, 48) repräsentiert, wobei der dritte Sensor (53) dazu eingerichtet ist, den dritten Messwert M3 an die zweite Steuereinheit (15) zu übermitteln, die zweite Steuereinheit (15) ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem zweiten Messwert M2 die Halbleiterschaltelemente (47, 48) abzuschalten.
6. Laststufenschalter (10) nach Anspruchl , wobei der Lastumschalter (40) einen ersten Hauptzweig (41), der den ersten Wählerarm (31) über ein erstes mechanisches Schaltelement (43) mit einer Lastableitung (17) verbindet, einen zweiten Hauptzweig (42), der den zweiten Wählerarm (32) über ein zwei tes mechanisches Schaltelement (44) mit der Lastableitung (17) verbindet, einen ersten Hilfszweig (45) mit einem ersten Halbleiterschaltelement (47), der parallel zum ersten Hauptzweig (41) ausgebildet ist, einen zweiten Hilfszweig (46) mit einem zweiten Halbleiterschaltelement (48), der parallel zum zweiten Hauptzweig (42) ausgebildet ist, aufweist.
7. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 6, wobei parallel zu dem ersten und/oder dem zweiten Hilfszweig (45, 46) ein spannungs abhängiger Widerstand (49) angeordnet ist.
8. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Steuereinheit (15) einen Energiespeicher (18) aufweist, der aufgeladen wird, wenn der erste Wählerarm (31) und der zweite Wählerarm (32) unterschied liche Festkontakte kontaktieren.
9. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschaltelemente (47, 48) als IGBT-Schaltelemente und/oder als Thy ristoren ausgebildet sind.
10. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Steuereinheit (15) bezogen auf eine Längsachse L des Laststufen schalters (10) oberhalb des Motorantriebes (13) anordenbar ist, die zweite Steuereinheit (15) bezogen auf die Längsachse L des Laststufen schalters (10) unterhalb des Lastumschalters (40) anordenbar ist.
11. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend für eine zweite und dritte zu regelnde Phase des Stufentransformators (20) einen zweiten und dritten Lastumschalter (40), einen zweiten und dritten Wähler (30), eine zweite und dritte zweite Steuereinheit (15), wobei die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen (47, 48) eines jeden Lastumschal ters (40) jeweils einer zweiten Steuereinheit (15) zugeordnet sind, die erste Steuereinheit (14) dazu eingerichtet ist, einen Schaltbefehl auszulösen und den ersten Wählerarm (31) und den zweiten Wählerarm (32) jedes Wählers (30) und die Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44) jedes Lastum schalters (40) mittels mindestens eines Motorantriebes (13) zu betätigen, jede zweite Steuereinheit (15) dazu eingerichtet ist, die Mehrzahl der ihr zuge ordneten Halbleiterschaltelemente (47, 48) zu betätigen, wobei während der Umschaltung die erste Steuereinheit (14) den mindestens einen Motorantrieb (13) in Abhängigkeit von jeder zweiten Steuereinheit (15) betätigt.
12. Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters (10), der insbesondere gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, umfassend die Schritte:
Erzeugen eines Schaltbefehls zur Umschaltung von einem ersten Festkontakt (11) auf einen zweiten Festkontakt (12) des Laststufenschalters (10) mittels einer ersten Steuereinheit (14),
Betätigen eines oder einer Mehrzahl von mechanischen Schaltelementen (43, 44), eines ersten Wählerarmes (31) und eines zweiten Wählerarmes (32) mittels eines Motorantriebes (13) und in Abhängigkeit von der ersten Steuereinheit (14),
Betätigen eines oder einer Mehrzahl von Flalbleiterschaltelementen (47, 48) mit tels einer zweiten Steuereinheit (15), wobei die Betätigung des Motorantriebes (13) mittels der ersten Steuereinheit (14) während der Umschaltung in Abhängigkeit von der zweiten Steuereinheit (15) erfolgt.
13. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei während der Betätigung des ersten Wählerarmes (31) und/oder des zweiten Wäh lerarmes (32), keines der Flalbleiterschaltelemente (47, 48) aktiviert ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 umfassend die weiteren Schritte:
Messen wenigstens eines ersten Messwertes M1 , der den Spannungsabfall an einem ersten Flalbleiterschaltelementen (47) repräsentiert, und Übermitteln des ersten Messwertes M1 an die zweite Steuereinheit (15) mittels eines ersten Sen sors (51),
Messen wenigstens eines zweiten Messwertes M2, der den Spannungsabfall an einem zweiten Flalbleiterschaltelement (48) repräsentiert, und Übermitteln des zweiten Messwertes M2 an die zweite Steuereinheit (15) mittels eines zweiten Sensors (52),
Übermitteln einer Statusmeldung S an die erste Steuereinheit (14) in Abhängig keit von dem ersten Messwert M1 und/oder dem zweiten Messwert M2 mittels der zweiten Steuereinheit (15),
Betätigen des Motorantriebes (13) in Abhängigkeit von der Statusmeldung S mittels der ersten Steuereinheit (14).
15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Betätigen der mechanischen Schaltele mente (43, 44), der Wählerarme (31 , 32) und der Halbleiterschaltelemente (47, 48) nach dem Erzeugen des Schaltbefehls folgende Schritte umfasst:
Öffnen eines zweiten mechanischen Schaltelementes (44) und Umschalten des zweiten Wählerarmes (32) auf den zweiten Festkontakt (12) mittels des Motoran triebes (13),
Aufladen eines Energiespeichers (18) der zweiten Steuereinheit (15),
Einschalten eines ersten Halbleiterschaltelements (47) mittels der zweiten Steuereinheit (15),
Öffnen eines ersten mechanischen Schaltelements (43) mittels des Motoran triebes (13),
Abschalten des ersten Halbleiterschaltelements (47) mittels der zweiten Steu ereinheit (15),
Einschalten des zweiten Halbleiterschaltelements (48) mittels der zweiten Steu ereinheit (15),
Schließen des zweiten mechanischen Schaltelements (44) mittels des Motor antriebes (13),
Abschalten des zweiten Halbleiterschaltelements (48) mittels der zweiten Steu ereinheit (15),
Umschalten des ersten Wählerarmes (31) von dem ersten Festkontakt (11) auf den zweiten Festkontakt (12),
Schließen des ersten mechanischen Schaltelementes (43).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abschalten des ersten Halbleiterschalt elementes (47) in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des Stromes erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei nach dem Einschalten des zweiten Halblei terelements (48) die Umschaltung unabhängig von der Statusmeldung S der zwei ten Steuereinheit (15) in jedem Fall fortgeführt wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022105034B3 (de) * 2022-03-03 2023-06-07 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Laststufenschalter und Stufentransformator mit Laststufenschalter
CN116721848B (zh) * 2023-06-05 2024-04-02 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 有载分接开关及其控制方法
DE102023118790A1 (de) * 2023-07-17 2025-01-23 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Verfahren zum Betätigen einer Laststufenschaltervorrichtung und Laststufenschaltervorrichtung

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT164732B (de) 1947-11-18 1949-12-10 Elin Ag Elek Ind Wien Überwachungsanordnung für mit Verriegelungsschutz versehene Schützensteuerungen von Wechselstrom-Triebfahrzeugen
DE1157296B (de) 1959-04-21 1963-11-14 Bbc Brown Boveri & Cie Rueckmelde- und Kontrollanordnung fuer die Schaltstellung eines Schuetzes oder fuer die Stellung eines mechanischen Geraetes
GB2158253B (en) 1984-04-26 1987-06-17 Ferranti Plc Transformer tap changing switch wear monitor
JPS62205610A (ja) * 1986-03-05 1987-09-10 Mitsubishi Electric Corp 負荷時タツプ切換装置
AU611126B2 (en) 1987-02-19 1991-06-06 Westinghouse Electric Corporation Electromagnetic contactor with lightweight wide range current transducer with sintered powdered metal core
US4720763A (en) 1987-02-19 1988-01-19 Westinghouse Electric Corp. Electromagnetic contactor with control circuit for providing acceleration, coast and grab functions
FI84766C (fi) 1990-06-26 1992-01-10 Abb Stroemberg Kojeet Oy Elektronisk hjaelpkontakt foer kontaktor.
US5774323A (en) 1995-10-31 1998-06-30 Eaton Corporation Detection of contact position from coil current in electromagnetic switches having AC or DC operated coils
JPH10124157A (ja) * 1996-10-17 1998-05-15 Kawamura Electric Inc 電圧制御装置
AU2004273524B2 (en) * 2003-09-08 2009-10-29 Cooper Technologies Company Preventive maintenance tapping and duty cycle monitor for voltage regulator
DE102004062266A1 (de) 2004-12-23 2006-07-13 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum sicheren Betrieb eines Schaltgerätes
US8289068B2 (en) 2008-08-27 2012-10-16 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Method for switching without any interruption between winding taps on a tap-changing transformer
DE202010011521U1 (de) * 2010-08-18 2011-11-23 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Laststufenschalter
BR112013024908B1 (pt) 2011-03-27 2021-02-17 Abb Schweiz Ag comutador de derivação em carga para comutar derivações em um enrolamento de um transformador
DE102012107080B3 (de) * 2012-08-02 2013-10-10 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Stufenschalter
DE102013103360A1 (de) * 2013-04-04 2014-10-09 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Verfahren zur Durchführung eines Umschaltvorgangs in einem Laststufenschalter
CN105580100B (zh) * 2013-08-27 2017-12-12 赖茵豪森机械制造公司 有载分接开关、用于电压调节的可调式变压器和用于在可调式变压器中实施转换的方法
DE102015106178A1 (de) * 2015-04-22 2016-10-27 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Laststufenschalter
JP6773591B2 (ja) * 2017-03-22 2020-10-21 株式会社ダイヘン タップ切替装置
DE102018119163A1 (de) * 2018-08-07 2020-02-13 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Laststufenschalter zur unterbrechungslosen umschaltung zwischen wicklungsanzapfungen eines stufentransformators sowie stufentransformator

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ZA202213853B (en) 2023-09-27
CN115735254A (zh) 2023-03-03
US20230141822A1 (en) 2023-05-11

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